- 引言
- 什么是CopyOnWriteArrayList？
- 核心原理：写时复制
- 代码示例：一看就懂
- 适用场景
- 总结与展望
- 互动环节
引言
在Java并发编程的世界里，我们经常需要在多线程环境下处理共享数据。传统的ArrayList虽然好用，但在多线程环境下却是个"定时炸弹"——非线程安全会导致数据不一致问题。JDK的java.util.concurrent包（简称JUC）为我们提供了一系列线程安全的容器，今天我们要重点剖析的就是其中一位"读写分离大师"——CopyOnWriteArrayList。
什么是CopyOnWriteArrayList？
CopyOnWriteArrayList是Java集合框架中的一个线程安全实现，它实现了List接口。与传统的通过同步锁实现线程安全的方式不同，它采用了一种更加巧妙的"写时复制"（Copy-On-Write）策略来保证线程安全。
简单来说，它就是："写操作时复制一份，读操作无锁直接读"。
核心原理：写时复制
基本工作机制
- 读取操作：直接读取当前数组的内容，不需要任何同步控制
- 写入操作（add、set、remove等）：
- 获取锁（保证同一时间只有一个写操作）
- 复制当前数组到一个新数组中
- 在新数组上执行修改操作
- 将底层数组引用指向新数组
- 释放锁
// 简化版的写操作流程（伪代码表示） public boolean add(E element) { synchronized (lock) { Object[] oldArray = currentArray; Object[] newArray = Arrays.copyOf(oldArray, oldArray.length + 1); newArray[newArray.length - 1] = element; currentArray = newArray; // 原子性操作，引用赋值是原子的 return true; } }
内存模型与可见性
由于对数组引用的赋值是原子操作，且配合volatile关键字保证可见性，读线程总能看到最新完成的写操作结果：
// JDK中的实际实现片段 public class CopyOnWriteArrayList<E> { private transient volatile Object[] array; // volatile保证可见性 final Object[] getArray() { return array; } final void setArray(Object[] a) { array = a; } }
代码示例：一看就懂
基础使用示例
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList; public class CopyOnWriteArrayListDemo { public static void main(String[] args) { // 创建CopyOnWriteArrayList实例 CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>(); // 添加元素 - 写操作 list.add("Java"); list.add("Python"); list.add("Go"); // 读取元素 - 读操作（无需同步） System.out.println("第一个元素: " + list.get(0)); // 遍历操作也是线程安全的 for (String language : list) { System.out.println("编程语言: " + language); } // 并发修改不会抛出ConcurrentModificationException list.remove("Python"); System.out.println("删除后的列表: " + list); } }
并发读写示例
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class ConcurrentReadWriteDemo { private static final CopyOnWriteArrayList<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10); // 启动多个写线程 for (int i = 0; i < 5; i++) { final int value = i; executor.execute(() -> { list.add(value); System.out.println("写入: " + value); }); } // 启动多个读线程 for (int i = 0; i < 5; i++) { executor.execute(() -> { System.out.println("读取: " + list); }); } executor.shutdown(); Thread.sleep(1000); System.out.println("最终结果: " + list); } }
⚖️ 优缺点分析
✅ 优点
- 读取性能极高：读操作完全无锁，性能接近ArrayList
- 线程安全：不会出现ConcurrentModificationException
- 迭代器安全：迭代器遍历的是创建时的数组快照
❌ 缺点
- 内存占用大：每次写操作都会复制整个数组
- 数据最终一致性：读操作可能无法立即看到最新的修改
- 不适合写多读少的场景：频繁写操作会导致性能下降
适用场景
- 读多写少的场景：如黑名单、白名单配置
- 事件监听器列表：监听器很少变动，但频繁被遍历
- 缓存数据：数据不经常变化但需要高并发读取
// 典型应用：事件监听器管理 public class EventManager { private final CopyOnWriteArrayList<EventListener> listeners = new CopyOnWriteArrayList<>(); // 添加监听器（写操作少） public void addListener(EventListener listener) { listeners.add(listener); } // 触发事件（读操作多） public void fireEvent(Event event) { for (EventListener listener : listeners) { listener.onEvent(event); // 安全遍历 } } }
总结与展望
CopyOnWriteArrayList通过巧妙的"写时复制"机制，在保证线程安全的同时提供了极高的读性能。它是并发编程中"读写分离"思想的经典实现。
然而，技术选择从来都是权衡的艺术。在选择使用CopyOnWriteArrayList时，一定要根据实际业务场景来判断：如果你的应用是读多写少且数据量不大，那么它是绝佳选择；如果是写操作频繁的场景，可能需要考虑其他并发容器如ConcurrentLinkedQueue或使用传统的同步机制。
随着Java版本的不断更新，JUC包也在持续演进。未来我们可以期待更多优化的并发容器出现，但在那之前，理解并合理使用现有的工具仍然是我们每个Java开发者的必备技能。
