Java 并发容器（一）：写时复制的 List 和 Set

CopyOnWriteArrayList 实现了 List 接口，用法与其他 List （如 ArrayList）基本一样，特点如下
- CopyOnWriteArrayList 是线程安全的，可以被多个线程并发访问
- CopyOnWriteArrayList 的迭代器不支持修改操作，但也不会抛出 ConcurrentModificationException 异常
- CopyOnWriteArrayList 以原子方式支持一些复合操作

迭代时，基于 synchronized 的同步容器需要对整个列表对象加锁，否则会抛出 ConcurrentModification 异常；CopyOnWriteArrayList 没有这个问题，迭代时不需要加锁
复合操作时，比如先检查再更新，基于 synchronized 的同步容器需要调用方加锁；而 CopyOnWriteArrayList 直接支持两个原子方法：public boolean addIfAbsent(E e)/public int addAllAbsent(Collection<? extends E> c)
在 CopyOnWriteArrayList 中，读不需要锁，可以并行；读和写也可以并行；但多个线程不能同时写，每个写操作都需要先获取锁
CopyOnWriteArrayList 不适用于数组很大且修改频繁的场景。它是以优化读操作为目标的，读不需要同步，性能很高，但在优化读的同时牺牲了写的性能

CopyOnWriteArrayList 的内部也是一个数组，但这个数组是以原子方式被整体更新的。每次修改操作，都会新建一个数组，复制原数组的内容到新数组，在新数组上进行需要的修改，然后以原子方式设置内部的数组引用，这就是写时复制
所有的读操作，都是先拿到当前引用的数组，然后直接访问该数组。在读的过程中，可能内部的数组引用已经被修改了，但不会影响读操作，它依旧访问原数组内容
换句话说：数组内容是只读的，写操作都是通过新建数组，然后原子性地修改数组引用来实现的
写时复制是一种重要的思维，用于各种计算机程序中，比如操作系统内部的进程管理和内存管理
- 在进程管理中，子进程经常共享父进程的资源，只有在写时才复制
- 在内存管理中，当多个程序同时访问同一个文件时，操作系统在内存中可能只会加载一份，只有程序要写时才会复制，分配自己的内存，复制可能也不会全部复制，只会复制写的位置所在的页（页是操作系统管理内存的一个单位，具体大小与系统有关，典型大小为 4 KB）

内部有一个数组，声明为：private volatile transient Object[] array;。注意有 volatile 修饰，这是必需的，以保证内存可见性，即保证在写操作更改之后读操作能看到
内部使用 ReentrantLock，成员声明为：transient final ReentrantLock lock = new 8 ReentrantLock();
默认构造方法是：public CopyOnWriteArrayList() {setArray(new Object[0];)}，就是设置了一个空数组

一种是锁，使用 synchronized 或 ReentrantLock
一种是循环 CAS
一种是写时复制
- 锁和循环 CAS 都是控制对同一个资源的访问冲突，而写时复制通过复制资源减少冲突
- 对于绝大部分访问都是读，且有大量并发线程要求读，只有个别线程进行写，且只是偶尔写的场景，写时复制就是一种很好的解决方案

CopyOnWriteArraySet 实现了 Set 接口，不包含重复元素，使用比较简单
- CopyOnWriteArraySet 内部是通过 CopyOnWriteArrayList 实现的
- 与 Set 的实现类如 HashSet/TreeSet 相比，CopyOnWriteArraySet 的性能比较低，不适用与元素个数特别多的集合
- 如果元素个数比较多，可以考虑 ConcurrentHashMap 或 ConcurrentSkipListSet
CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet 适用于读远多于写、集合不太大的场景，它们采用了写时复制，这是计算机程序中一种重要的思维和技术