为什么 CopyOnWriteArrayList 需要用于写入和读取操作的副本？

Question

来自这篇文章，它说：

当我们使用任何修改方法时——例如 add() 或 remove()——CopyOnWriteArrayList 的全部内容被复制到新的内部副本中。

由于这个简单的事实，我们可以以安全的方式迭代列表，即使发生并发修改。

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。

它的内容是从创建迭代器时开始在 ArrayList 内的数据的精确副本。 即使同时其他线程从列表中添加或删除元素，该修改也会制作数据的新副本，该副本将用于从该列表中进行任何进一步的数据查找。

接下来要问自己的一个简单问题是为什么两者兼而有之？ 基本上，据我了解，写操作是在新副本上进行的，而读操作是在集合的克隆上进行的。

例如，如果在新副本上完成写入，这意味着我可以迭代“原始”集合——这意味着它不会受到影响。 那么为什么要在另一个副本（快照）中增加存储元素的开销呢？ 或者相反的方向，如果我将元素存储在副本（快照）中，为什么需要在副本上完成写入，当我从字面上迭代克隆而不是“原始”集合时（意味着快照永远不会改变）？

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这种困惑。 我在这里想念什么？

Answer 1

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

“快照”样式的迭代器方法在创建迭代器时使用对数组的 state 的引用。

请注意“参考”一词。

这句话的措辞相当糟糕：

它的内容是从创建迭代器时开始在 ArrayList 内的数据的精确副本。

这并不意味着调用iterator()时会创建数组的副本。 它应该说：

其内容与创建迭代器时 ArrayList 中的数据相同。

该段更重要的一点是：

即使同时其他线程从列表中添加或删除元素，该修改也会制作数据的新副本，该副本将用于从该列表中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，然后以某种方式继续改变列表，迭代器将看不到这些更改。 为什么？ 因为突变是通过创建一个具有突变的新数组来完成的，但是迭代器正在遍历没有突变的旧数组。 这就是为什么我们说迭代器需要一个“快照”。

这是来自 OpenJDK 的一些代码来说明。

在iterator()中，它只是使用getArray()创建了一个COWIterator ，它通过返回 volatile array字段来获取快照：

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

...

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

并且 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，以便更容易看到正在发生的事情。