为什么 CopyOnWriteArrayList 的写入和读取操作都需要副本？

Question

来自这篇文章，它说：

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当我们\n使用任何修改方法\xe2\x80\x93（例如add()或remove()\xe2\x80\x93）时，\nCopyOnWriteArrayList的整个内容都会被复制到新的\n内部副本中。

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由于这个简单的事实，我们可以以安全的方式迭代列表，\n即使发生并发修改也是如此。

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当我们在 CopyOnWriteArrayList 上调用 iterator() 方法时，我们会返回一个由 CopyOnWriteArrayList 内容的不可变快照备份的迭代器。

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它的内容是创建迭代器时 ArrayList 内数据的精确副本。\n 即使与此同时，某个线程从列表中添加或删除元素，该修改也会创建数据的新副本，该副本将用于从该列表进行任何进一步的数据查找。

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接下来要问自己的简单问题是为什么两者都是？基本上，根据我的理解，写入操作是在新副本上进行的，而读取操作是在集合的克隆上完成的。

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例如，如果在新副本上完成写入，则意味着我可以迭代“原始”集合 - 这意味着它不会受到影响。那么为什么要增加在另一个副本（快照）中存储元素的开销呢？或者相反的方向，如果我将元素存储在副本（快照）中，为什么当我实际上是在克隆而不是“原始”集合上迭代时需要在副本上进行写入（意味着快照永远不会改变）？

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我希望这个问题是合法的，因为我确实检查了互联网上所有可能的来源，但没有一篇文章帮助我消除了这种困惑。我在这里缺少什么？

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Answer 1

CopyOnWriteArrayList当您调用 时，不会创建数组的副本iterator，如文档所述：

“快照”样式迭代器方法使用对创建迭代器时数组状态的引用。

注意“参考”这个词。

这句话的措辞相当糟糕：

它的内容是自创建迭代器时起 ArrayList 内的数据的精确副本。

这并不意味着当您调用 时会创建数组的副本iterator()。应该说：

它的内容与创建 Iterator 时 ArrayList 内的数据相同。

该段更重要的一点是：

即使同时某个其他线程从列表中添加或删除元素，该修改也会创建数据的新副本，该副本将用于从该列表进行任何进一步的数据查找。

这意味着，如果您创建一个迭代器，然后继续以某种方式改变列表，则迭代器将不会看到这些更改。为什么？因为突变是通过创建具有突变的新数组来完成的，但迭代器正在迭代没有突变的旧数组。这就是为什么我们说迭代器采用“快照”。

下面是来自 OpenJDK 的一些代码来进行说明。

在 中iterator()，它只是创建一个COWIteratorwith getArray()，它通过返回 volatile 字段来获取快照array：

final Object[] getArray() {
    return array;
}

...

public Iterator<E> iterator() {
    return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
}

和 mutator 方法，例如add，设置array字段：

final void setArray(Object[] a) {
    array = a;
}

...

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

我删除了（解锁）锁定代码，以便更轻松地查看发生的情况。