1.结构

CopyOnWriteArrayList 继承关系，核心成员变量及主要构造函数如下：

public class CopyOnWriteArrayList<E>
	implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    
    

	final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    // volatile 关键字修饰，可见的
    // array 只开放出 get set
    private transient volatile Object[] array;
    
    //--------------------------------构造函数---------------------------------------
    public CopyOnWriteArrayList() {
    
    
        setArray(new Object[0]);
    }

    // 如果是普通的 list ，都会重新拷贝一份，不会影响原来的 list
    public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
    
    
        Object[] elements;
        if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class)
            elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();
        else {
    
    
            elements = c.toArray();
            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
            if (elements.getClass() != Object[].class)
                elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);
        }
        setArray(elements);
    }

    public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
    
    
        setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
    }
}

从整体架构上来说，CopyOnWriteArrayList 数据结构和 ArrayList 是一致的，底层是个数组，只不过 CopyOnWriteArrayList 在对数组进行操作的时候，基本会分四步走：

加锁
从原数组中拷贝出新数组
在新数组上进行操作，并把新数组赋值给数组容器
解锁

除了加锁之外，CopyOnWriteArrayList 的底层数组还被 volatile 关键字修饰，意思是一旦数组被修改，其它线程立马能够感知到

2.方法解析&api

整体上来说，CopyOnWriteArrayList 就是利用 锁+拷贝+volatile 关键字保证了 List 的线程安全

加锁：保证同一时刻数组只能被一个线程操作；
数组拷贝：新建数组完成函数功能，不影响原数组
volatile：保证数组的内存地址被修改后，其它线程在读取数组时会从内存中读取，而不是从线程的缓存中读

这时候就有一个问题：都已经加锁了，为什么需要拷贝数组，而不是在原来数组上面进行操作呢，原因主要为：

volatile 关键字修饰的是数组，如果我们简单的在原来数组上修改其中某几个元素的值，是无法触发可见性的，我们必须通过修改数组的内存地址才行（setArray），也就说要对数组进行重新赋值才行。
在新的数组上进行拷贝，对老数组没有任何影响，只有新数组完全拷贝完成之后，外部才能访问到，降低了在赋值过程中，老数组数据变动的影响。

2.1 增加

尾插：add(E)

尾插其实就是创建一个大一位的数组，然后将最后一位设置为新元素

public boolean add(E e) {
    
    
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    // 加锁
    lock.lock();
    try {
    
    
        // 得到所有的原数组
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        // 拷贝到新数组里面，新数组的长度是 + 1 的，因为新增会多一个元素
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        // 在新数组中进行赋值，新元素直接放在数组的尾部
        newElements[len] = e;
        // 替换掉原来的数组，触发volatile可见性（即其他线程在读取elements时会从内存中读取而不是从自己线程栈的缓存中读）
        setArray(newElements);
        return true;
    // finally 里面释放锁，保证即使 try 发生了异常，仍然能够释放锁   
    } finally {
    
    
        lock.unlock();
    }
}

从源码中，我们发现整个 add 过程都是在持有锁的状态下进行的，通过加锁，来保证同一时刻只能有一个线程能够对同一个数组进行 add 操作。

指定位置插入：add(int,E)

索引正确性判断
根据插入位置分成两种情况
1. 插入在数组最后：直接通过Arrays.copyOf创建新数组
2. 插入在数组中间：先创建新数组，然后分成两部分拷贝
将新元素在 index 位置插入

public void add(int index, E element) {
    
    
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
    
    
        	// 获取到原数组
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            // 判断索引是否正确，即是否超过数组大小或者小于0
            if (index > len || index < 0)
                throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
                                                    ", Size: "+len);
            Object[] newElements;
            // 当插入一个元素，相当于原数组被分成了三部分。这里的numMoved计算的就是第三部分（第二个数组）的大小
            int numMoved = len - index;
            // 如果要插入的位置正好等于数组的末尾，直接拷贝数组即可
            if (numMoved == 0)
            	// 直接通过Arrays.copyOf创建len+1大小的数组（注：此时newElements[len]=null）
                newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            // 如果要插入的位置在数组的中间，就需要拷贝 2 次
            else {
    
    
            	// 首先创建一个 len+1 大小的数组
                newElements = new Object[len + 1];
                // 第一次从 0 拷贝到 index，拷贝index个元素
                System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
                // 第二次从 index+1 拷贝到末尾，拷贝numMoved个元素
                System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1, numMoved);
            }
            // index 索引位置的值是空的，直接赋值即可。
            newElements[index] = element;
            setArray(newElements);
        } finally {
    
    
            lock.unlock();
        }
    }

2.2 删除

删除指定位置元素：remove(int)

这个方法的过程类似上面的指定位置插入，即也分两种情况删除

要删除的元素在数组最后：直接通过Array.copyOf创建一个小一位的数组
要删除的元素在数组中间：先创建一个小一位的新数组，然后分成两部分拷贝

public E remove(int index) {
    
    
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    // 加锁
    lock.lock();
    try {
    
    
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        // 得到元删除位置的元素，作为该方法的 返回值
        E oldValue = get(elements, index);
        // 同上面add的numMoved，numMoved计算的是第三部分（第二个数组）的大小
        // 注：这里还有个-1，代表少拷贝一个元素（待删除元素）
        int numMoved = len - index - 1;
        // 如果要删除的数据正好是数组的尾部，直接删除
        if (numMoved == 0)
        	// 直接通过Array.copyOf方法产生一个小一位的数组
            setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
        // 如果删除的数据在数组的中间，分三步走
        else {
    
    
            // 1. 设置新数组的长度减一，因为是减少一个元素
            Object[] newElements = new Object[len - 1];
            // 2. 从 0 拷贝到数组新位置
            System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
            // 3. 从新位置拷贝到数组尾部（在拷贝中执行删除的）
            System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index, numMoved);
            setArray(newElements);
        }
        return oldValue;
    } finally {
    
    
        lock.unlock();
    }
}

批量删除：removeAll

批量删除，类似于 ArrayList 的 removeAll 方法，即都是通过双指针加上一次遍历实现多个元素删除。感兴趣的同志可以参考【Java容器源码】ArrayList源码分析。

public boolean removeAll(Collection<?> c) {
    
    
        if (c == null) throw new NullPointerException();
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
    
    
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            if (len != 0) {
    
    
                // 新数组的长度，不是直接通过element.length - c.length，而是在删除过程中++的
                int newlen = 0;
                // 创建一个一样的新数组（长度为len）
                Object[] temp = new Object[len];
                // 通过双指针完成删除，一个指针是i（负责遍历），一个指针是newLen（负责赋值）
                for (int i = 0; i < len; ++i) {
    
    
                    Object element = elements[i];
                    if (!c.contains(element))
                        temp[newlen++] = element;
                }
                // 如果newLen != len，即在原数组中存在要删除元素
                if (newlen != len) {
    
    
                	// 通过Array.copyOf创建一个newLen长的新数组
                    setArray(Arrays.copyOf(temp, newlen));
                    return true;
                }
            }
            // 如果元素组长度len=0，或者没有要删除的元素（newLen=len），返回false
            return false;
        } finally {
    
    
            lock.unlock();
        }
    }

我们在需要删除多个元素的时候，最好都使用这种批量删除的思想，而不是采用在 for 循环中使用单个删除的方法，单个删除的话，在每次删除的时候都会进行一次数组拷贝(删除最后一个元素时不会拷贝)，很消耗性能，也耗时，会导致加锁时间太长，并发大的情况下，会造成大量请求在等待锁，这也会占用一定的内存。

2.3 根据索引获取元素：indexOf

indexOf 方法的主要用处是查找元素在数组中的下标位置，如果元素存在就返回元素的下标位置，元素不存在的话返回 -1，不但支持 null 值的搜索，还支持正向和反向的查找，我们以正向查找为例，通过源码来说明一下其底层的实现方式

// o：我们需要搜索的元素
// elements：我们搜索的目标数组
// index：搜索的开始位置
// fence：搜索的结束位置
private static int indexOf(Object o, Object[] elements, int index, int fence) {
    
    
    // 支持对 null 的搜索
    if (o == null) {
    
    
        for (int i = index; i < fence; i++)
            // 找到第一个 null 值，返回下标索引的位置
            if (elements[i] == null)
                return i;
    } else {
    
    
        // 通过 equals 方法来判断元素是否相等
        // 如果相等，返回元素的下标位置
        for (int i = index; i < fence; i++)
            if (o.equals(elements[i]))
                return i;
    }
    return -1;
}

indexOf 方法在 CopyOnWriteArrayList 内部使用也比较广泛，比如在判断元素是否存在时（contains），在删除元素方法中校验元素是否存在时，都会使用到 indexOf 方法，indexOf 方法通过一次 for 循环来查找元素，我们在调用此方法时，需要注意如果找不到元素时，返回的是 -1，所以有可能我们会对这个特殊值进行判断。

2.4 迭代器

关于迭代器其实没什么多说的，迭代思路与ArrayList差不多。这里值得探究的一点是，在 CopyOnWriteArrayList 类注释中，明确说明了，在其迭代过程中，即使数组的原值被改变，也不会抛出 ConcurrentModificationException 异常，其根源在于在开始迭代时持有的是老数组的引用，而数组的每次变动，都会生成新的数组，不会影响老数组，这样的话，迭代过程中，根本就不会发生迭代数组的变动，我们截几个图说明一下：

迭代是直接持有原有数组的引用，也就是说迭代过程中，一旦原有数组的值内存地址发生变化，必然会影响到迭代过程，下图源码演示的是 CopyOnWriteArrayList 的迭代方法，我们可以看到迭代器是直接持有原数组的引用：
我们写了一个 demo，在 CopyOnWriteArrayList 迭代之后，往 CopyOnWriteArrayList 里面新增值，从下图中可以看到在 CopyOnWriteArrayList 迭代之前，数组的内存地址是 962，请记住这个数字：
CopyOnWriteArrayList 迭代之后，我们使用 add(“50”) 代码给数组新增一个数据后，数组内存地址发生了变化，内存地址从原来的 962 变成了 968，这是因为 CopyOnWriteArrayList 的 add 操作，会生成新的数组，所以数组的内存地址发生了变化：
迭代继续进行时，我们发现迭代器中的地址仍然是迭代之前引用的地址，是 962，而不是新的数组的内存地址：

从上面 4 张截图，我们可以得到迭代过程中，即使 CopyOnWriteArrayList 的结构发生变动了，也不会抛出 ConcurrentModificationException 异常的原因：CopyOnWriteArrayList 迭代持有的是老数组的引用，而 CopyOnWriteArrayList 每次的数据变动，都会产生新的数组，对老数组的值不会产生影响，所以迭代也可以正常进行。

【JUC源码】CopyOnWriteArrayList源码分析