欢迎学习解读Java源码专栏，在这个系列中，我将手把手带着大家剖析Java核心组件的源码，内容包含集合、线程、线程池、并发、队列等，深入了解其背后的设计思想和实现细节，轻松应对工作面试。
上篇文章提到ArrayList不是线程安全的，而CopyOnWriteArrayList是线程安全的。此刻我就会产生几个问题：
CopyOnWriteArrayList初始容量是多少？
CopyOnWriteArrayList是怎么进行扩容的？
CopyOnWriteArrayList是怎么保证线程安全的？
带着这几个问题，一起分析一下CopyOnWriteArrayList的源码。
CopyOnWriteArrayList是一种线程安全的ArrayList，底层是基于数组实现，不过该数组使用了volatile关键字修饰。 实现线程安全的原理是，“人如其名”，就是 Copy On Write（写时复制），意思就是在对其进行修改操作的时候，复制一个新的ArrayList，在新的ArrayList上进行修改操作，从而不影响旧的ArrayList的读操作。 看一下源码中CopyOnWriteArrayList内部有哪些数据结构组成：
publicclass CopyOnWriteArrayList<E>implements List<E>,RandomAccess,Cloneable,java.io.Serializable{// 加锁，用来保证线程安全final transient ReentrantLocklock=new ReentrantLock();// 存储元素的数组，使用了volatile修饰private transient volatile Object[]array;// 数组的get/set方法final Object[]getArray(){returnarray;}
final void setArray(Object[]a){
array=a;}
}
CopyOnWriteArrayList的内部结构非常简单，使用ReentrantLock加锁，用来保证线程安全。使用数组存储元素，数组使用volatile修饰，用来保证内存可见性。当其他线程重新对数组对象进行赋值的时候，当前线程可以及时感知到。
当我们调用CopyOnWriteArrayList的构造方法的时候，底层逻辑是怎么实现的？
List<Integer>list=new CopyOnWriteArrayList<>();
CopyOnWriteArrayList初始化的时候，不支持指定数组长度，接着往下看，就能明白CopyOnWriteArrayList为什么不支持指定数组长度。
publicCopyOnWriteArrayList(){
setArray(new Object[0]);}
初始化过程非常简单，就是创建了一个长度为0的数组。
再看一下往CopyOnWriteArrayList添加元素时，调用的 add() 方法源码实现：
// 添加元素publicbooleanadd(E e){// 加锁，保证线程安全final ReentrantLocklock=this.lock;lock.lock();try {// 获取原数组Object[]elements=getArray();intlen=elements.length;// 创建一个新数组，长度原数组长度+1，并把原数组元素拷贝到新数组里面Object[]newElements=Arrays.copyOf(elements,len+1);// 直接赋值给新数组末尾位置newElements[len]=e;// 替换原数组setArray(newElements);returntrue;} finally {// 释放锁lock.unlock();}
}
添加元素的流程：
先使用ReentrantLock加锁，保证线程安全。
再创建一个新数组，长度是原数组长度+1，并把原数组元素拷贝到新数组里面。
然后在新数组末尾位置赋值
使用新数组替换掉原数组
最后释放锁
add() 方法添加元素的时候，并没有在原数组上进行赋值，而是创建一个新数组，在新数组上赋值后，再用新数组替换原数组。这是为了利用volatile关键字的特性，如果直接在原数组上进行修改，其他线程是感知不到的。只有重新对原数组对象进行赋值，其他线程才能感知到。 还有一个需要注意的点是，每次添加元素的时候都会创建一个新数组，并涉及数组拷贝，相当于每次都进行扩容操作。当数组较大，性能消耗较为明显。所以CopyOnWriteArrayList适用于读多写少的场景，如果存在较多的写操作场景，性能也是一个需要考虑的因素。
再看一下删除元素的方法 remove() 的源码：
// 按照下标删除元素publicE remove(intindex){// 加锁，保证线程安全final ReentrantLocklock=this.lock;lock.lock();try {// 获取原数组Object[]elements=getArray();intlen=elements.length;E oldValue=get(elements,index);// 计算需要移动的元素个数intnumMoved=len-index-1;if(numMoved==0){// 0表示删除的是数组末尾的元素setArray(Arrays.copyOf(elements,len-1));}else{// 创建一个新数组，长度是原数组长度-1Object[]newElements=new Object[len-1];// 把原数组下标前后两段的元素都拷贝到新数组里面System.arraycopy(elements,0,newElements,0,index);System.arraycopy(elements,index+1,newElements,index,numMoved);// 替换原数组setArray(newElements);}returnoldValue;} finally {// 释放锁lock.unlock();}
}
删除元素的流程：
先使用ReentrantLock加锁，保证线程安全。
再创建一个新数组，长度是原数组长度-1，并把原数组中剩余元素（不包含需要删除的元素）拷贝到新数组里面。
使用新数组替换掉原数组
最后释放锁
可以看到，删除元素的流程与添加元素的流程类似，都是需要创建一个新数组，再把旧数组元素拷贝到新数组，最后替换旧数组。区别就是新数组的长度不一样，删除元素流程中的新数组长度是旧数组长度-1，添加元素流程中的新数组长度是旧数组长度+1。 根据对象删除元素的方法源码与之类似，也是转换成下标删除，读者可自行查看。
再看一下批量删除元素方法 removeAll() 的源码：
// 批量删除元素publicbooleanremoveAll(Collection<?>c){// 参数判空if(c==null){
throw new NullPointerException();}// 加锁，保证线程安全final ReentrantLocklock=this.lock;lock.lock();try {// 获取原数组Object[]elements=getArray();intlen=elements.length;if(len!=0){// 创建一个新数组，长度暂时使用原数组的长度，因为不知道要删除多少个元素。Object[]temp=new Object[len];// newlen表示新数组中元素个数intnewlen=0;// 遍历原数组，把需要保留的元素放到新数组中for(inti=0;i<len;++i){
Object element=elements[i];if(!c.contains(element)){temp[newlen++]=element;}
}// 如果新数组没有满，就释放空白位置，并覆盖原数组if(newlen!=len){
setArray(Arrays.copyOf(temp,newlen));returntrue;}
}returnfalse;} finally {// 释放锁lock.unlock();}
}
批量删除元素的流程，与上面类似：
先使用ReentrantLock加锁，保证线程安全。
再创建一个新数组，长度暂时使用原数组的长度，因为不知道要删除多少个元素。
然后遍历原数组，把需要保留的元素放到新数组中。
释放掉新数组中空白位置，再使用新数组替换掉原数组。
最后释放锁
如果遇到需要一次删除多个元素的场景，尽量使用 removeAll() 方法，因为 removeAll() 方法只涉及一次数组拷贝，性能比单个删除元素更好。
当遍历CopyOnWriteArrayList的过程中，同时增删CopyOnWriteArrayList中的元素，会发生什么情况？测试一下：
importjava.util.List;importjava.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;publicclass Test {publicstatic void main(String[]args){
List<Integer>list=new CopyOnWriteArrayList<>();list.add(1);list.add(2);list.add(2);list.add(3);// 遍历ArrayListfor(Integerkey: list){// 判断如果元素等于2，则删除if(key.equals(2)){
list.remove(key);}
}
System.out.println(list);}
}
输出结果：
[1,3]
不但没有抛出异常，还把CopyOnWriteArrayList中重复的元素也都删除了。 原因是CopyOnWriteArrayList重新实现迭代器，拷贝了一份原数组的快照，在快照数组上进行遍历。这样做的优点是其他线程对数组的并发修改，不影响对快照数组的遍历，但是遍历过程中无法感知其他线程对数组修改，有得必有失。 下面是迭代器的源码实现：
static final class COWIterator<E>implements ListIterator<E>{/**
* 原数组的快照
*/private final Object[]snapshot;/**
* 迭代游标
*/privateintcursor;private COWIterator(Object[]elements,intinitialCursor){cursor=initialCursor;snapshot=elements;}publicbooleanhasNext(){returncursor<snapshot.length;}// 迭代下个元素publicEnext(){if(!hasNext())throw new NoSuchElementException();return(E)snapshot[cursor++];}
}
现在可以回答文章开头提出的问题了吧：
CopyOnWriteArrayList初始容量是多少？
答案：是0
CopyOnWriteArrayList是怎么进行扩容的？
答案：
加锁
创建一个新数组，长度原数组长度+1，并把原数组元素拷贝到新数组里面。
释放锁
CopyOnWriteArrayList是怎么保证线程安全的？
答案：
使用ReentrantLock加锁，保证操作过程中线程安全。
使用volatile关键字修饰数组，保证当前线程对数组对象重新赋值后，其他线程可以及时感知到。