一、CopyOnWriteArrayList的简介

1. CopyOnWriteArrayList是Java中的一种并发集合类，它实现了List接口，并且是线程安全的。它的特点是在进行写操作时，会创建一个新的副本来进行操作，而不是直接修改原有的集合。

2. CopyOnWriteArrayList的实现机制是在写操作时，先将原有的集合进行复制，然后对新的副本进行修改操作，最后将修改后的副本替换原有的集合。这样可以保证在写操作时不会影响到正在进行读操作的线程，保证了读写的并发性。

3. 由于每次写操作都会复制整个集合，所以CopyOnWriteArrayList的写操作性能较低，适用于读操作较多而写操作较少的场景。它适合用于一些读多写少的并发场景，比如缓存、观察者模式等。

4. 需要注意的是，CopyOnWriteArrayList虽然是线程安全的，但是它的迭代器并不支持修改操作，如果需要对集合进行修改，需要使用特殊的方法来操作。此外，由于每次写操作都会创建一个新的副本，所以CopyOnWriteArrayList占用的内存较大，需要根据具体场景进行权衡。

二、CopyOnWriteArrayList类的继承关系

1、Iterable接口：

CopyOnWriteArrayList类实现了Iterable接口，使得它可以被迭代遍历。通过实现iterator()方法，可以获取一个迭代器，用于遍历集合中的元素。

2、Collection接口：

CopyOnWriteArrayList类继承了AbstractCollection类，间接实现了Collection接口。通过实现Collection接口，CopyOnWriteArrayList类获得了一些常用的集合操作方法，比如判断是否包含某个元素、计算集合的大小等。

3、List接口：

CopyOnWriteArrayList类间接实现了List接口，通过继承AbstractList类实现了List接口的一些方法。List接口定义了有序的集合，CopyOnWriteArrayList类通过继承List接口，可以按照索引进行访问和操作集合中的元素。

4、Cloneable接口：

CopyOnWriteArrayList类实现了Cloneable接口，使得它可以进行克隆操作。通过实现clone()方法，可以创建CopyOnWriteArrayList对象的副本。

5、Serializable接口：

CopyOnWriteArrayList类实现了Serializable接口，使得它可以进行序列化操作。通过实现writeObject()和readObject()方法，可以将CopyOnWriteArrayList对象转换为字节流，并进行存储或传输。

6、RandomAccess接口：

CopyOnWriteArrayList类实现了RandomAccess接口，表示它可以高效地随机访问元素。RandomAccess接口是一个标记接口，用于标识实现该接口的类可以通过索引进行快速随机访问，CopyOnWriteArrayList类通过实现该接口，表明它可以高效地随机访问元素。

三、CopyOnWriteArrayList的基本使用

1. 使用场景：

CopyOnWriteArrayList的主要使用场景是在多线程环境下，需要读多写少的情况下使用。

由于CopyOnWriteArrayList是线程安全的，它通过在写操作时创建一个新的数组来实现并发安全。在写操作时，原有数组不发生改变，而是将写操作应用于新的数组。这样就避免了读操作和写操作的冲突，保证了线程安全。

CopyOnWriteArrayList适用于以下场景：

1.1、读多写少的情况：

由于写操作会创建新的数组，因此写操作的开销较大。如果写操作很频繁，会导致性能下降。因此，在读多写少的情况下，CopyOnWriteArrayList能够提供较好的性能。

1.2、数据一致性要求较低：

由于写操作不会影响原来的数组，读操作总是读取最新的数组。因此，如果对数据的实时性要求不高，可以使用CopyOnWriteArrayList。

1.3、需要遍历操作：

CopyOnWriteArrayList适合于需要频繁进行遍历操作的场景。由于读操作不需要加锁，所以可以并发地进行遍历操作，提高了遍历的效率。

需要注意的是，CopyOnWriteArrayList适用于静态数据，即数据一旦初始化就不会修改的情况。如果数据需要频繁修改，则不适合使用CopyOnWriteArrayList。此外，由于每次写操作都会创建一个新的数组，占用内存较大，所以不适合数据量过大的情况。

2. 代码实现：

import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class CopyOnWriteArrayListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个CopyOnWriteArrayList对象
        CopyOnWriteArrayList<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

        // 添加元素
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);

        // 创建一个线程用于遍历元素
        Thread iteratorThread = new Thread(() -> {
            Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                System.out.println(iterator.next());
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });

        // 创建一个线程用于修改元素
        Thread modifyThread = new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            list.add(4);
            list.remove(1);
        });

        // 启动两个线程
        iteratorThread.start();
        modifyThread.start();
    }
}

3. 运行结果：

4. 案例分析：

1. 在上面的代码中，我们首先创建了一个CopyOnWriteArrayList对象，并向其中添加了一些元素。然后，我们创建了两个线程：一个线程用于遍历元素，另一个线程用于修改元素。在遍历线程中，我们使用iterator()方法获取迭代器，并通过调用next()方法来遍历元素。在修改线程中，我们在添加和删除元素之间添加了一个延迟，以便观察到遍历线程的输出结果。

2. 由于CopyOnWriteArrayList是线程安全的，即使在遍历的同时进行元素的修改，也不会抛出ConcurrentModificationException异常。这是因为在修改操作时，CopyOnWriteArrayList会创建一个新的数组来存储修改后的元素，而原来的数组不会受到影响。因此，遍历线程可以继续使用原来的数组进行遍历，保证了遍历的安全性。

四、CopyOnWriteArrayList的优缺点

1. 优点：

1.1、线程安全：

CopyOnWriteArrayList是线程安全的，多个线程可以同时读取列表中的数据而无需额外的同步机制。

1.2、并发读取性能好：

由于读操作不需要加锁，多个线程可以同时读取，提高了并发读取的性能。

1.3、可用于读多写少的场景：

适用于读操作频繁，写操作较少的场景。

2. 缺点：

2.1、内存占用高：

每次写操作都会创建一个新的数组，导致内存占用较高。如果写操作频繁，会消耗大量的内存。

2.2、写操作的延迟高：

由于每次写操作都会复制整个数组，写操作的执行时间较长，可能会导致写操作的延迟较高。

2.3、不适用于迭代器的弱一致性需求：

CopyOnWriteArrayList的迭代器是弱一致性的，即迭代器在创建之后不会反映后续的修改操作。这可能会导致迭代器在遍历过程中出现数据不一致的情况。

3. 总结：

综上所述，CopyOnWriteArrayList适用于读多写少的场景，对于需要高并发性能和线程安全的读操作非常有用。然而，它的内存占用高和写操作的延迟高可能会影响性能，在弱一致性需求较高的情况下也不适合使用。

五、底层原理分析

1. add方法

public boolean add(E e) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            newElements[len] = e;
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

1. 获取一把独占多lock ，加锁
2. 获取原数组长度，创建一个原数组长度+1的新数组
3. 利用Arrays.copyOf将元素进行复制到新的数组
4. 将添加的元素设置到新开辟数组的最后一个位置
5. 修改老的数组的引用指向
6. 释放锁

2. get方法

    public E get(int index) {
        return get(getArray(), index);
    }
    private E get(Object[] a, int index) {
        return (E) a[index];
    }

1. 根据下标获取指定位置元素，可以看到读不加锁