一、ArrayList概述

1. ArrayList是基于数组实现的，是一个动态的数字，可以自动扩容。
2. ArrayList不是线程安全的，效率比较高，只能用于单线程的环境中，在多线程环境中可以使用Collections.synchronizedList(List list)函数返回一个线程安全的ArrayList集合，或者使用concurrent并发包下的CopyOnWriteArrayList的。

1.  
   //使用Collections.synchronizedList(List list)方法实现线程安全
2.  
   List<?> list=Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

二、通过源码解析Collections.synchronizedList（List list）方法如何实现线程安全？

1.  
   public static List synchronizedList(List list1) {
2.  
   return ((List) ((list1 instanceof RandomAccess) ? new SynchronizedRandomAccessList(list1)
3.  
   : new SynchronizedList(list1)));
4.  
   }

         通过判断传入的list类是否为RandomAccess类，如果是则实例化SynchronizedRandomAccessList，如果不是，则实例化SynchronizedList。如果你传入的list集合是ArrayList或者Vector。那么则是实例化SynchronizedRandomAccessList。我们从源码可以查看原因：

ArrayList集合源码：

public class ArrayList extends AbstractList implements List, RandomAccess, Cloneable, Serializable {

Vector集合源码：

public class Vector extends AbstractList implements List, RandomAccess, Cloneable, Serializable {

        我们可以发现ArrayList和Vector集合两者都实现了List和RandomAccess接口。接下来看看SynchronizedRandomAccessList类的实现：

1.  
   static class SynchronizedRandomAccessList extends SynchronizedList implements RandomAccess {
2.  
    
3.  
   public List subList(int i, int j)
4.  
   {
5.  
   Object obj = mutex;
6.  
   return new SynchronizedRandomAccessList(list.subList(i, j), mutex);
7.  
   }
8.  
    
9.  
   private Object writeReplace() {
10.  
    return new SynchronizedList(list);
11.  
    }
12.  
     
13.  
    private static final long serialVersionUID = 1530674583602358482L;
14.  
     
15.  
    SynchronizedRandomAccessList(List list1) {
16.  
    super(list1);
17.  
    }
18.  
     
19.  
    SynchronizedRandomAccessList(List list1, Object obj) {
20.  
    super(list1, obj);
21.  
    }
22.  
    }

       因为SynchronizedRandomAccessList这个类继承自SynchronizedList，而大部分方法都在SynchronizedList中实现了，所以源码中只包含了很少的方法。我们来看看SynchronizedList的源码：

1.  
   static class SynchronizedList<E>
2.  
   extends SynchronizedCollection<E>
3.  
   implements List<E> {
4.  
   private static final long serialVersionUID = -7754090372962971524L;
5.  
    
6.  
   final List<E> list;
7.  
    
8.  
   SynchronizedList(List<E> list) {
9.  
   super(list);
10.  
    this.list = list;
11.  
    }
12.  
    SynchronizedList(List<E> list, Object mutex) {
13.  
    super(list, mutex);
14.  
    this.list = list;
15.  
    }
16.  
     
17.  
    public boolean equals(Object o) {
18.  
    if (this == o)
19.  
    return true;
20.  
    synchronized (mutex) {return list.equals(o);}
21.  
    }
22.  
    public int hashCode() {
23.  
    synchronized (mutex) {return list.hashCode();}
24.  
    }
25.  
     
26.  
    public E get(int index) {
27.  
    synchronized (mutex) {return list.get(index);}
28.  
    }
29.  
    public E set(int index, E element) {
30.  
    synchronized (mutex) {return list.set(index, element);}
31.  
    }
32.  
    public void add(int index, E element) {
33.  
    synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
34.  
    }
35.  
    public E remove(int index) {
36.  
    synchronized (mutex) {return list.remove(index);}
37.  
    }
38.  
     
39.  
    public int indexOf(Object o) {
40.  
    synchronized (mutex) {return list.indexOf(o);}
41.  
    }
42.  
    public int lastIndexOf(Object o) {
43.  
    synchronized (mutex) {return list.lastIndexOf(o);}
44.  
    }
45.  
     
46.  
    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
47.  
    synchronized (mutex) {return list.addAll(index, c);}
48.  
    }
49.  
     
50.  
    public ListIterator<E> listIterator() {
51.  
    return list.listIterator(); // Must be manually synched by user
52.  
    }
53.  
     
54.  
    public ListIterator<E> listIterator(int index) {
55.  
    return list.listIterator(index); // Must be manually synched by user
56.  
    }
57.  
     
58.  
    public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
59.  
    synchronized (mutex) {
60.  
    return new SynchronizedList<>(list.subList(fromIndex, toIndex),
61.  
    mutex);
62.  
    }
63.  
    }
64.  
     
65.  
    @Override
66.  
    public void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {
67.  
    synchronized (mutex) {list.replaceAll(operator);}
68.  
    }
69.  
    @Override
70.  
    public void sort(Comparator<? super E> c) {
71.  
    synchronized (mutex) {list.sort(c);}
72.  
    }
73.  
    ... ...
74.  
    }

       可以发现SynchronizedList方法中地方都用到了同步锁，并且参数都是mutex。我们通过点击mutex字段进入到SynchronizedCollection类中，可以得知mutex是在SynchronizedCollection类中定义的。我们继续查看SynchronizedCollection部分源码：

1.  
   static class SynchronizedCollection<E> implements Collection<E>, Serializable {
2.  
   private static final long serialVersionUID = 3053995032091335093L;
3.  
   final Collection<E> c; // Backing Collection
4.  
   final Object mutex; // Object on which to synchronize
5.  
    
6.  
   SynchronizedCollection(Collection<E> c) {
7.  
   if (c==null)
8.  
   throw new NullPointerException();
9.  
   this.c = c;
10.  
    mutex = this;
11.  
    }
12.  
     
13.  
    SynchronizedCollection(Collection<E> c, Object mutex) {
14.  
    this.c = c;
15.  
    this.mutex = mutex;
16.  
    }
17.  
    }

        可以发现其实我们调用synchronizedList方法的使用，内部锁都是一样的，所以它可以实现线程的同步。

三、通过源码解析CopyOnWriteArrayList如何做到线程安全的？

CopyOnWriteArrayList使用了一种叫写时复制的方法，当有新元素添加到CopyOnWriteArrayList时，先从原有的数组中拷贝一份出来，然后在新的数组做写操作，写完之后，再将原来的数组引用指向到新数组。

当有新元素加入的时候，如下图，创建新数组，并往新数组中加入一个新元素,这个时候，array这个引用仍然是指向原数组的。

当元素在新数组添加成功后，将array这个引用指向新数组。

CopyOnWriteArrayList的整个add操作都是在锁的保护下进行的。 
这样做是为了避免在多线程并发add的时候，复制出多个副本出来,把数据搞乱了，导致最终的数组数据不是我们期望的。我们来看看CopyOnWriteArrayList源码：

1.  
   transient final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
2.  
    
3.  
   /** The array, accessed only via getArray/setArray. */
4.  
   private volatile transient Object[] array;//保证了线程的可见性
5.  
    
6.  
   public boolean add(E e) {
7.  
   final ReentrantLock lock = this.lock;//ReentrantLock 保证了线程的可见性和顺序性，即保证了多线程安全。
8.  
   //1、先加锁
9.  
   lock.lock();
10.  
    try {
11.  
    Object[] elements = getArray();
12.  
    int len = elements.length;
13.  
    Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);////2、拷贝数组,在原先数组基础之上新建长度＋1的数组，并将原先数组当中的内容拷贝到新数组当中。
14.  
     
15.  
    //3、将元素加入到新数组中
16.  
    newElements[len] = e;
17.  
    //4、将array引用指向到新数组
18.  
    setArray(newElements);//对新数组进行赋值
19.  
    return true;
20.  
    } finally {
21.  
    lock.unlock();
22.  
    }
23.  
    }

由于所有的写操作都是在新数组进行的，这个时候如果有线程并发的写，则通过锁来控制，如果有线程并发的读，则分几种情况： 
1、如果写操作未完成，那么直接读取原数组的数据； 
2、如果写操作完成，但是引用还未指向新数组，那么也是读取原数组数据； 
3、如果写操作完成，并且引用已经指向了新的数组，那么直接从新数组中读取数据。

可见，CopyOnWriteArrayList的读操作是可以不用加锁的。

四、Collections.synchronizedList & CopyOnWriteArrayList

       CopyOnWriteArrayList和Collections.synchronizedList是实现线程安全的列表的两种方式。两种实现方式分别针对不同情况有不同的性能表现，其中CopyOnWriteArrayList的写操作性能较差，而多线程的读操作性能较好。而Collections.synchronizedList的写操作性能比CopyOnWriteArrayList在多线程操作的情况下要好很多，而读操作因为是采用了synchronized关键字的方式，其读操作性能并不如CopyOnWriteArrayList。因此在不同的应用场景下，应该选择不同的多线程安全实现类。