Почему CopyOnWriteArrayList копирует при записи?

Если вы просто посмотрите на начало класса CopyOnWriteArrayList о объявлении array ссылочной переменной, там есть ответ на ваш вопрос.

 private volatile transient Object[] array; // this is volatile

return (E)(getArray()[index]);

который возвращает последнюю копию array[index], так что это threadsafe

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

getArray возвращает ссылку на array.

На самом деле причина блокировки пути записи заключается не в том, что ему необходимо обеспечить безопасность потоков с учетом пути чтения, а в том, что он хочет сериализовать писатели. Поскольку метод копирования при записи заменяет изменчивую ссылку, обычно лучше сериализовать эту операцию.

Ключом к этой идее является то, что запись выполняется путем копирования существующего значения, его изменения и замены ссылки. Из этого также следует, что однажды установленный объект, на который указывает ссылка, всегда только для чтения (т. е. никакая мутация не выполняется непосредственно для объекта, на который ссылается ссылка). Поэтому читатели могут безопасно получить к нему доступ без синхронизации.

Чтение и запись могут происходить одновременно. Однако подразумевается, что при чтении будет отображаться состояние скорого устаревания до тех пор, пока не будет выполнен набор изменчивых ссылок.

Во время get(), если несколько потоков попытаются получить из списка, у них не будет проблем. Потому что из-за массива volatile он всегда будет читать последнюю копию и возвращать элемент из массива.

Но

Во время add() или set() каждый раз, когда они создают новый массив, чтобы избежать проблем с взаимным выполнением, это один из способов сделать объекты потокобезопасными, чтобы сделать неизменяемыми.

Если они использовали один и тот же объект массива во время добавления или установки, они должны сделать обход синхронизированным. В противном случае может возникнуть исключение, если какой-либо поток добавляет/удаляет объект в список во время обхода

Согласно документу Java

Поточно-ориентированный вариант java.util.ArrayList, в котором все изменяющие операции (добавление, установка и т. д.) реализуются путем создания новой копии базового массива.

Обычно это слишком дорого, но может быть более эффективным, чем альтернативы, когда операций обхода значительно больше, чем мутаций, и полезно, когда вы не можете или не хотите синхронизировать обходы.

Посмотреть это

package com.concurrent;

import java.util.List;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class CopyOnWriteArrayListTest {

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<Integer> list=new CopyOnWriteArrayList<>();


        Viewer viewer=new Viewer();
        viewer.setList(list);       
        Thread t1=new Thread(viewer);

        Adder adder=new Adder();
        adder.setList(list);

        Thread t=new Thread(adder);
        t.start();
        t1.start();

    }

    static class Adder implements Runnable{

        private List<Integer> list;
        public void setList(List<Integer> list) {
            this.list = list;
        }
        @Override
        public void run() {
            for(int i=0;i<100;i++){
                list.add(i);
                System.out.println("Added-"+i);
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

        }

    }

    static class Viewer implements Runnable{

        private List<Integer> list;
        public void setList(List<Integer> list) {
            this.list = list;
        }
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                System.out.println("Length of list->"+list.size());
                for (Integer i : list) {
                    System.out.println("Reading-"+i);
                    try {
                        Thread.sleep(500);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }

        }

    }
}