一、CopyOnWrite 思想

寫入時複製（CopyOnWrite，簡稱COW）思想是計算機程式設計領域中的一種通用優化策略。其核心思想是，如果有多個呼叫者（Callers）同時訪問相同的資源（如記憶體或者是磁碟上的資料儲存），他們會共同獲取相同的指標指向相同的資源，直到某個呼叫者修改資源內容時，系統才會真正複製一份專用副本（private copy）給該呼叫者，而其他呼叫者所見到的最初的資源仍然保持不變。這過程對其他的呼叫者都是透明的（transparently）。此做法主要的優點是如果呼叫者沒有修改資源，就不會有副本（private copy）被建立，因此多個呼叫者只是讀取操作時可以共享同一份資源。

通俗易懂的講，寫入時複製技術就是不同程序在訪問同一資源的時候，只有更新操作，才會去複製一份新的資料並更新替換，否則都是訪問同一個資源。

JDK 的 CopyOnWriteArrayList/CopyOnWriteArraySet 容器正是採用了 COW 思想，它是如何工作的呢？簡單來說，就是平時查詢的時候，都不需要加鎖，隨便訪問，只有在更新的時候，才會從原來的資料複製一個副本出來，然後修改這個副本，最後把原資料替換成當前的副本。修改操作的同時，讀操作不會被阻塞，而是繼續讀取舊的資料。這點要跟讀寫鎖區分一下。

二、原始碼分析

我們先來看看 CopyOnWriteArrayList 的 add() 方法，其實也非常簡單，就是在訪問的時候加鎖，拷貝出來一個副本，先操作這個副本，再把現有的資料替換為這個副本。

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();
    }
}
 

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

/**
 * {@inheritDoc}
 *
 * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
 */
public E get(int index) {
    return get(getArray(), index);
}

三、優點和缺點

1.優點

對於一些讀多寫少的資料，寫入時複製的做法就很不錯，例如配置、黑名單、物流地址等變化非常少的資料，這是一種無鎖的實現。可以幫我們實現程式更高的併發。

CopyOnWriteArrayList 併發安全且效能比 Vector 好。Vector 是增刪改查方法都加了synchronized 來保證同步，但是每個方法執行的時候都要去獲得鎖，效能就會大大下降，而 CopyOnWriteArrayList 只是在增刪改上加鎖，但是讀不加鎖，在讀方面的效能就好於 Vector。

2.缺點

資料一致性問題。這種實現只是保證資料的最終一致性，不能保證資料的實時一致性；在新增到拷貝資料而還沒進行替換的時候，讀到的仍然是舊資料。

記憶體佔用問題。在進行寫操作的時候，記憶體裡會同時駐紮兩個物件的記憶體，如果物件比較大，頻繁地進行替換會消耗記憶體，從而引發 Java 的 GC 問題，這個時候，我們應該考慮其他的容器，例如 ConcurrentHashMap。

四、和讀寫鎖比較

讀寫鎖：分為讀鎖和寫鎖，多個讀鎖不互斥，讀鎖與寫鎖互斥。

總之，讀的時候上讀鎖，寫的時候上寫鎖！ Java裡面的實現：ReentrantReadWriteLock

ReadWriteLock mylock = new ReentrantReadWriteLock(false);

• 讀鎖lock、unlock：

myLock.readLock().lock();
myLock.readLock().unlock();

• 寫鎖lock、unlock:

myLock.writeLock().lock();
myLock.writeLock().unlock();

總結：讀寫鎖是遵循寫寫互斥、讀寫互斥、讀讀不互斥的原則，而copyOnWrite則是寫寫互斥、讀寫不互斥、讀讀不互斥的原則。