Java集合框架怎样利用CopyOnWriteArrayList处理并发_Java集合框架并发集合的使用教程

copyonwritearraylist适用于读多写少场景，1.其通过写时复制机制实现线程安全，读操作不加锁、性能高；2.写操作需加锁并复制整个数组，开销大；3.迭代器基于快照，不会抛出concurrentmodificationexception但可能读到过时数据；4.适合读远多于写、数据量小、可接受弱一致性的场景，不适用于频繁写或内存敏感环境；5.相比synchronizedlist，读并发更高，但写性能差，而concurrent集合在混合操作中更优。

CopyOnWriteArrayList

解决方案

CopyOnWriteArrayList

这样做的好处显而易见：所有的读操作都可以在不加锁的情况下进行，因为它们总是访问一个稳定不变的数组快照。这意味着读操作的并发性能极高，几乎没有竞争。然而，代价是写操作会相对昂贵，因为它涉及到整个数组的复制，对于大型列表来说，这会带来显著的内存和CPU开销。此外，写操作本身是需要加锁的，以确保在同一时刻只有一个线程进行数组复制和引用更新，从而保证数据的一致性。

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CopyOnWriteArrayList的内部机制与线程安全性分析

CopyOnWriteArrayList

add()

set()

ReentrantLock

一旦获取到锁，修改的逻辑就开始了：它会获取当前的底层数组，创建一个新的、更大的（如果需要）数组副本，然后将旧数组的内容复制到新数组，并在新数组上执行添加或删除元素的操作。最后，一个关键步骤是，通过

setArray()

这种设计模式带来的一个独特副作用是，当你在迭代一个

CopyOnWriteArrayList

ConcurrentModificationException

ArrayList

何时选择CopyOnWriteArrayList：适用场景与潜在陷阱

选择

CopyOnWriteArrayList

适用场景：

• 读多写少： 这是最核心的判断标准。如果你的列表绝大部分操作都是读取，而写入操作非常罕见（比如，每分钟甚至每小时才修改一次），那么

  CopyOnWriteArrayList

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  的高性能读特性会让你受益匪浅。想象一下一个事件监听器列表，注册（写）的频率远低于事件触发（读）的频率，它就非常合适。
• 列表大小相对固定或较小： 考虑到每次写操作都要复制整个数组，如果列表非常大，或者写操作非常频繁，那么复制的开销会变得难以承受，甚至可能导致频繁的GC（垃圾回收）停顿。
• 对“弱一致性”读可以接受： 前面提到，读操作可能看到的是一个旧版本的数据。如果你的业务逻辑允许读取到稍微过时的数据（例如，配置列表，即使更新了，短时间内旧配置仍然有效），那么这并不是问题。但如果要求读操作必须立即看到最新的数据，那它就不合适了。

潜在陷阱：

• 内存开销： 每次写入都会创建一个新的数组副本。这意味着在写入操作期间，内存中会同时存在两个版本的数组，这可能导致临时的内存翻倍。对于内存敏感或列表元素很大的场景，需要格外小心。
• 写操作性能： 数组复制是一个O(n)的操作，n是列表的当前大小。频繁的写操作会导致性能急剧下降，甚至不如使用

  Collections.synchronizedList

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  。
• “过时”的迭代器： 虽然迭代器不会抛出

  ConcurrentModificationException

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  是一个特性，但如果开发者期望迭代器能反映实时变化，那么这种“快照”行为就成了问题。你可能遍历完了一个旧版本，而新版本的数据已经生效了。
• 元素可变性： 如果列表中的元素本身是可变的（比如一个自定义对象，其内部字段会变化），那么即使

  CopyOnWriteArrayList

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  保证了列表结构的线程安全，元素内部状态的改变仍然需要额外的同步措施。它只保证了对列表本身的结构性修改是线程安全的，不保证元素内容的线程安全。

CopyOnWriteArrayList与其他并发集合的对比与选择依据

Java 集合框架提供了多种并发工具，

CopyOnWriteArrayList

• Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())

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  ： 这是最基础的同步列表，它通过在每个方法上加锁来实现线程安全。这意味着无论是读还是写，任何时候只有一个线程能访问列表。在并发度高的情况下，它的性能会非常糟糕，因为锁粒度太大，所有操作都会相互阻塞。它会抛出

  ConcurrentModificationException

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  。在我看来，除非是极其简单的、并发度极低的场景，或者你对性能要求不高，否则很少会优先选择它。

• ConcurrentHashMap

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  /

  ConcurrentLinkedQueue

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  /

  ConcurrentSkipListSet

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  ： 这些是Java并发包（

  java.util.concurrent

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  ）中更高级的并发集合，它们通常采用更精细的锁机制（如分段锁、CAS操作）或无锁算法来达到更高的并发性能。

  • ConcurrentHashMap

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    适用于并发的键值对存储，它通过分段锁或者JDK8之后的CAS+synchronized来提供极高的并发性能。

  • ConcurrentLinkedQueue

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    是一个无界、线程安全的队列，基于链表实现，通过CAS操作实现无锁并发。

  • ConcurrentSkipListSet

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    和

    ConcurrentSkipListMap

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    提供了并发的有序集合和映射，基于跳表实现，也通过CAS操作实现高度并发。 这些集合通常在混合读写或写操作频繁的场景下表现更优，因为它们避免了

    CopyOnWriteArrayList

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    那样的全数组复制开销。它们的迭代器也是“弱一致性”的，不会抛出

    ConcurrentModificationException

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    ，但其内部实现与

    CopyOnWriteArrayList

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    的“快照”机制不同。

选择依据：

当你面临并发列表的选择时，问自己几个问题：

1. 读写比例如何？ 如果是极端的读多写少，

   CopyOnWriteArrayList

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   可能是个不错的选择。否则，考虑其他

   Concurrent

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   集合。
2. 列表大小如何？ 如果列表可能变得非常大，并且有写操作，那么

   CopyOnWriteArrayList

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   的内存和CPU开销会成为瓶颈。
3. 对数据一致性有何要求？ 如果读操作必须立即看到最新的数据，那么

   CopyOnWriteArrayList

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   的“弱一致性”可能不符合要求。如果允许看到稍微旧一点的数据，则可以接受。
4. 是否需要特定数据结构的行为？ 如果你需要一个Map、Queue或Set，那么

   ConcurrentHashMap

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   、

   ConcurrentLinkedQueue

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   等会是更自然、更高效的选择。

总的来说，

CopyOnWriteArrayList

java.util.concurrent

以上就是Java集合框架怎样利用CopyOnWriteArrayList处理并发_Java集合框架并发集合的使用教程的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！