CopyOnWriteArrayList 的底层原理与多线程注意事项

CopyOnWriteArrayList 的底层原理与多线程注意事项

1. CopyOnWriteArrayList 底层原理

1.1 概念说明

CopyOnWriteArrayList 是一个线程安全的 List 集合，它采用了读写分离的思想，即在写操作时，先复制当前数组，然后在新数组上进行写操作，最后通过指向新数组的方式完成对象的引用。由于读操作无需加锁，因此读写操作并不冲突。

1.2 实现原理

CopyOnWriteArrayList 底层由数组实现，每次修改都会将原来的数组复制一份，然后对这个新数组进行操作，最后再将原来数组的引用指向新的数组。显然，在写操作时，CopyOnWriteArrayList 基本上需要对整个数组进行复制，所以针对大量修改操作的集合，CopyOnWriteArrayList 性能是比较低的。

1.3 优点

1. 线程安全

CopyOnWriteArrayList 是一个线程安全的 List 集合，主要原理就是利用了读写分离的思想，当进行写操作时，会生成一个新的数组，这样可以保证读写操作的互不干扰，从而实现了线程安全。

1. 无锁化读操作

CopyOnWriteArrayList 写操作加锁，但是读操作无需加锁，这就大大提高了读操作的效率。

1.4 缺点

1. 内存开销

每次写操作都需要复制数据，所以内存开销较大。

1. 数据一致性问题

在迭代 CopyOnWriteArrayList 集合时，因为复制数组需要一定的时间，所以如果在迭代过程中对 CopyOnWriteArrayList 集合进行修改，那么有可能出现一些数据不一致的问题，这点需要注意。

2. CopyOnWriteArrayList 多线程注意事项与实例

2.1 注意事项

1. 适用场景

CopyOnWriteArrayList 适用于读多写少的场景下，读操作可以无锁地进行，非常适合读写比例相差很大的场景。

1. 并发问题

由于 CopyOnWriteArrayList 写操作需要复制整个数组，因此很耗费内存资源。当集合数据较大时，可能会对内存造成很大压力。考虑到性能与资源消耗之间的平衡，我们需要根据实际业务需求，选择合适的集合类型。

1. 数据一致性问题

尽管 CopyOnWriteArrayList 是一个线程安全的集合，但是在迭代时可能会存在数据不一致的问题，因此，建议在迭代过程中尽量避免对集合进行修改操作，或者使用迭代器的 remove() 方法进行操作。

2.2 示例

下面我们来看一下 CopyOnWriteArrayList 的使用示例。

2.2.1 示例代码

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class MyDemo {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                list.add(Thread.currentThread().getName() + " - " + i);
            }
        }, "Thread1");

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                list.add(Thread.currentThread().getName() + " - " + i);
            }
        }, "Thread2");

        // 启动线程
        t1.start();
        t2.start();

        // 等待线程执行完成
        try {
            t1.join();
            t2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 输出结果
        for (String str : list) {
            System.out.println(str);
        }
    }
}

3. 总结

CopyOnWriteArrayList 是 Java 集合框架中非常实用的线程安全 List 集合，通过读写分离的思想，保证了在高并发读多写少的情况下的数据安全和性能。但是，由于每次写操作需要复制整个数组，所以对内存的消耗较大，同时在迭代过程中也可能会存在一些数据不一致的问题。因此，在使用 CopyOnWriteArrayList 时，需要根据实际业务需求选择合适的集合类型，避免出现不必要的问题。