CopyOnWriteArrayList怎么可能是线程安全的？

Question

我研究了CopyOnWriteArrayList的OpenJDK source code，似乎所有写操作都受到相同锁的保护，而读操作根本不受保护。据我所知，在JMM下，对变量的所有访问(包括读和写)都应该受到锁的保护，否则可能会出现重新排序的效果。

例如，set(int, E)方法包含以下行(在锁定状态下)：

/* 1 */ int len = elements.length;
/* 2 */ Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
/* 3 */ newElements[index] = element;
/* 4 */ setArray(newElements);

另一方面，get(int)方法只支持return get(getArray(), index);。

在我对JMM的理解中，这意味着如果语句1-4被重新排序为1-2(new)-4-2(copyOf)-3，那么get可能会观察到处于不一致状态的数组。

我对JMM的理解有误吗?为什么CopyOnWriteArrayList是线程安全的，还有其他解释吗？

Answer 1

如果你看一下底层的数组引用，你会发现它被标记为volatile。当发生写操作时(比如在上面的摘录中)，这个volatile引用只在最后一条语句中通过setArray更新。在此之前，任何读操作都将返回数组的旧拷贝中的元素。

重要的一点是，数组更新是一个原子操作，因此读取将始终看到处于一致状态的数组。

只为写操作取出锁的优点是提高了读操作的吞吐量:这是因为CopyOnWriteArrayList的写操作可能非常慢，因为它们涉及复制整个列表。

Answer 2

获取数组引用是一个原子操作。因此，读者将看到旧数组或新数组--无论哪种方式，状态都是一致的。(set(int,E)在设置引用之前计算新的数组内容，因此在进行指定时数组是一致的。)

数组引用本身被标记为volatile，这样读取器就不需要使用锁来查看对被引用数组的更改。(编辑:此外，volatile还保证赋值不会重新排序，这将导致在数组可能处于不一致状态时执行赋值。)

需要使用写锁定来防止并发修改，这可能会导致保存不一致数据或更改的阵列丢失。

Answer 3

因此，根据Java1.8，下面是CopyOnWriteArrayList.中数组和锁的声明

/** The array, accessed only via getArray/setArray. */
    private transient volatile Object[] array;

/** The lock protecting all mutators */
    final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

下面是CopyOnWriteArrayList的add方法的定义

 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();
    }
}

正如@Adamski已经提到的，数组是易失性的，并且只能通过setArray方法进行更新。在那之后，如果所有的只读调用都被执行了，那么它们将获得更新值，因此数组在这里总是一致的。