CopyOnWriteArrayList相当于线程安全的ArrayList。和ArrayList一样，它是个可变数组；但是和ArrayList不同的是，它具有以下特性：
本文基于JDK1.7.0_67
java version "1.7.0_67"_
_Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_67-b01)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 24.65-b04, mixed mode)
CopyOnWriteArrayList的数据结构，如下图所示：
CopyOnWriteArrayList UML图
说明：
下面从"动态数组"和"线程安全"两个方面进一步对CopyOnWriteArrayList的原理进行说明。
它内部有个"volatile数组"(array)来保持数据。在"添加/修改/删除"数据时，都会新建一个数组，并将更新后的数据拷贝到新建的数组中，最后再将该数组赋值给"volatile数组"。这就是它叫做CopyOnWriteArrayList的原因！
CopyOnWriteArrayList就是通过这种方式实现的动态数组；不过正由于它在"添加/修改/删除"数据时，都会新建数组，所以涉及到修改数据的操作，CopyOnWriteArrayList效率很低。但是单单只是进行遍历的话，效率比较高。
是通过volatile和互斥锁来实现的。
一个线程读取volatile数组时，总能看到其他线程对该volatile变量最后的写入。就这样，通过volatile提供了"读取到的数据总是最新的"这个机制的保证。
在"添加/修改/删除"数据时，会先"获取互斥锁"，在修改完毕后，先将数据更新到"volatile数组"中，然后再"释放互斥锁"；这样，就达到了保护数据的目的。
/** 可重入锁，对数组进行添加/修改/删除操作时，通过lock来进行同步操作 */
transient final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
/** 数组，保存数据的地方。对数组array的操作都要通过getArray和setArray进行操作 */
private volatile transient Object[] array;// 创建一个空列表，默认大小为0。
CopyOnWriteArrayList()
// 创建一个按 collection 的迭代器返回元素的顺序包含指定 collection 元素的列表。
CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c)
// 创建一个保存给定数组的副本的列表。
CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn)
// 将指定元素添加到此列表的尾部。
boolean add(E e)
// 在此列表的指定位置上插入指定元素。
void add(int index, E element)
// 按照指定 collection 的迭代器返回元素的顺序，将指定 collection 中的所有元素添加此列表的尾部。
boolean addAll(Collection<? extends E> c)
// 从指定位置开始，将指定 collection 的所有元素插入此列表。
boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c)
// 按照指定 collection 的迭代器返回元素的顺序，将指定 collection 中尚未包含在此列表中的所有元素添加列表的尾部。
int addAllAbsent(Collection<? extends E> c)
// 添加元素（如果不存在）。
boolean addIfAbsent(E e)
// 从此列表移除所有元素。
void clear()
// 返回此列表的浅表副本。
Object clone()
// 如果此列表包含指定的元素，则返回 true。
boolean contains(Object o)
// 如果此列表包含指定 collection 的所有元素，则返回 true。
boolean containsAll(Collection<?> c)
// 比较指定对象与此列表的相等性。
boolean equals(Object o)
// 返回列表中指定位置的元素。
E get(int index)
// 返回此列表的哈希码值。
int hashCode()
// 返回第一次出现的指定元素在此列表中的索引，从 index 开始向前搜索，如果没有找到该元素，则返回 -1。
int indexOf(E e, int index)
// 返回此列表中第一次出现的指定元素的索引；如果此列表不包含该元素，则返回 -1。
int indexOf(Object o)
// 如果此列表不包含任何元素，则返回 true。
boolean isEmpty()
// 返回以恰当顺序在此列表元素上进行迭代的迭代器。
Iterator<E> iterator()
// 返回最后一次出现的指定元素在此列表中的索引，从 index 开始向后搜索，如果没有找到该元素，则返回 -1。
int lastIndexOf(E e, int index)
// 返回此列表中最后出现的指定元素的索引；如果列表不包含此元素，则返回 -1。
int lastIndexOf(Object o)
// 返回此列表元素的列表迭代器（按适当顺序）。
ListIterator<E> listIterator()
// 返回列表中元素的列表迭代器（按适当顺序），从列表的指定位置开始。
ListIterator<E> listIterator(int index)
// 移除此列表指定位置上的元素。
E remove(int index)
// 从此列表移除第一次出现的指定元素（如果存在）。
boolean remove(Object o)
// 从此列表移除所有包含在指定 collection 中的元素。
boolean removeAll(Collection<?> c)
// 只保留此列表中包含在指定 collection 中的元素。
boolean retainAll(Collection<?> c)
// 用指定的元素替代此列表指定位置上的元素。
E set(int index, E element)
// 返回此列表中的元素数。
int size()
// 返回此列表中 fromIndex（包括）和 toIndex（不包括）之间部分的视图。
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex)
// 返回一个按恰当顺序（从第一个元素到最后一个元素）包含此列表中所有元素的数组。
Object[] toArray()
// 返回以恰当顺序（从第一个元素到最后一个元素）包含列表所有元素的数组；
// 返回数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。
<T> T[] toArray(T[] a)
// 返回此列表的字符串表示形式。
String toString()// 初始化一个大小为0的对象数组
public CopyOnWriteArrayList() {
setArray(new Object[0]);
}
// 使用一个集合里的元素来初始化一个对象数组
public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
Object[] elements = c.toArray();
if (elements.getClass() != Object[].class)
elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);
setArray(elements);
}
// 使用一个数组里元素来初始化一个对象数组
public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
}
final Object[] getArray() {
return array;
}
final void setArray(Object[] a) {
array = a;
}CopyOnWriteArrayList的三个构造函数都调用了setArray()，将新创建的数组赋值给CopyOnWriteArrayList的成员变量array。
以add(E e)为例来分析CopyOnWriteArrayList的添加操作。
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 获取“锁”
lock.lock();
try {
// 获取原始”volatile数组“中的数据和数据长度。
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 新建一个数组newElements，并将原始数据拷贝到newElements中；
// newElements数组的长度=“原始数组的长度”+1
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
// 将“新增加的元素”保存到newElements中。
newElements[len] = e;
// 将newElements赋值给”volatile数组“。
setArray(newElements);
return true;
} finally {
// 释放“锁”
lock.unlock();
}
}说明：
add(E e)的作用就是将数据e添加到”volatile数组“中。它的实现方式是，新建一个数组，接着将原始的”volatile数组“的数据拷贝到新数组中，然后将新增数据也添加到新数组中；最后，将新数组赋值给”volatile数组“。
在add(E e)中有两点需要关注。
transient final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();由于CopyOnWriteArraySet是通过聚合了一个CopyOnWriteArrayList实现的，而CopyOnWriteArraySet是不包含重复元素的，因此CopyOnWriteArrayList提供了一个不添加重复元素的方法addIfAbsent，该方法每次从头遍历数组，如果发现元素已经存在，则直接返回false，如果遍历后待添加元素不存在，则添加到新数组的末尾，然后将新数组设置为成员数组。
public boolean addIfAbsent(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// Copy while checking if already present.
// This wins in the most common case where it is not present
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
Object[] newElements = new Object[len + 1];
for (int i = 0; i < len; ++i) {
if (eq(e, elements[i]))
return false; // exit, throwing away copy
else
newElements[i] = elements[i];
}
newElements[len] = e;
setArray(newElements);
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}有在检查待添加元素是否已经存在时要从头遍历数组，因此随着元素个数递增，该方法的效率线性下降。
以get(int index)为例，来对CopyOnWriteArrayList的删除操作进行说明。
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}说明:
get(int index)的实现非常简单，就是返回"volatile数组"中的第index个元素。读取元素的过程不需要加锁，是读取时array的镜像。
以remove(int index)为例，来说明CopyOnWriteArrayList的删除操作。
public E remove(int index) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 获取“锁”
lock.lock();
try {
// 获取原始”volatile数组“中的数据和数据长度。
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 获取elements数组中的第index个数据。
E oldValue = get(elements, index);
int numMoved = len - index - 1;
// 如果被删除的是最后一个元素，则直接通过Arrays.copyOf()进行处理，而不需要新建数组。
// 否则，新建数组，然后将”volatile数组中被删除元素之外的其它元素“拷贝到新数组中。
// 最后，将新数组赋值给”volatile数组“。
if (numMoved == 0)
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
else {
Object[] newElements = new Object[len - 1];
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
numMoved);
setArray(newElements);
}
return oldValue;
} finally {
// 释放“锁”
lock.unlock();
}
}说明：
remove(int index)的作用就是将”volatile数组“中第index个元素删除。
它的实现方式是，如果被删除的是最后一个元素，则直接通过Arrays.copyOf()进行处理，而不需要新建数组。否则，新建数组，然后将”volatile数组中被删除元素之外的其它元素“拷贝到新数组中。最后，将新数组赋值给”volatile数组“。
和add(E e)一样，remove(int index)也是”在操作之前，获取独占锁；操作完成之后，释放独占是“；并且”在操作完成时，会通过将数据更新到volatile数组中“。
remove操作没有检查index的合法性，有可能会抛出IndexOutOfBoundsExceptions
以iterator()为例，来说明CopyOnWriteArrayList的遍历操作。
public Iterator<E> iterator() {
return new COWIterator<E> (getArray(), 0);
}
private static class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {
private final Object[] snapshot;
private int cursor;
private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
cursor = initialCursor;
snapshot = elements;
}
public boolean hasNext() {
return cursor < snapshot.length;
}
public boolean hasPrevious() {
return cursor > 0;
}
// 获取下一个元素
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
if (!hasNext())
throw new NoSuchElementException();
return (E) snapshot[cursor++];
}
// 获取上一个元素
@SuppressWarnings("unchecked")
public E previous() {
if (!hasPrevious())
throw new NoSuchElementException();
return (E) snapshot[--cursor];
}
public int nextIndex() {
return cursor;
}
public int previousIndex() {
return cursor-1;
}
public void remove() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public void set(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public void add(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
}说明：
COWIterator不支持修改元素的操作。例如，对于remove(),set(),add()等操作，COWIterator都会抛出异常！
另外，需要提到的一点是，CopyOnWriteArrayList返回迭代器不会抛出ConcurrentModificationException异常，即它不是fail-fast机制的！
参考：