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Java 中的 CopyOnWriteArrayList 是什么？

news 来源：原创 2025/4/29 22:11:41

1. 核心定义与设计哲学

CopyOnWriteArrayList（COW 列表） 是 java.util.concurrent 包中的线程安全列表实现，基于 写时复制（Copy-On-Write） 机制，适用于读多写少的并发场景。
核心特性：

弱一致性迭代：迭代器遍历的是创建时的数据快照，不感知后续修改。
无锁读操作：所有读操作（get、size）无需加锁，性能接近普通 ArrayList。
写操作互斥：写操作（add、set、remove）通过锁保证线程安全，并触发底层数组复制。
内存占用敏感：频繁修改时内存消耗较高（每次写操作复制整个数组）。

示例代码（线程安全遍历）：

`CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>(); list.add("A");  list.add("B");    // 迭代期间即使其他线程修改列表，也不会抛出 ConcurrentModificationException
for (String s : list) {    System.out.println(s);  }`

2. 底层实现原理

数据结构：

volatile 数组：通过 volatile Object[] array 存储元素，保证可见性。
ReentrantLock 锁：写操作使用全局锁（JDK 1.8 后优化为 synchronized 块）。

写操作流程：

获取锁 → 2. 复制原数组 → 3. 修改新数组 → 4. 替换原数组引用 → 5. 释放锁。
源码关键方法：

java

复制

public boolean add(E e) { synchronized (lock) { // JDK 1.8 使用 synchronized 替代 ReentrantLock Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); newElements[len] = e; setArray(newElements); return true; } }

3. 与同类容器的对比分析

维度	CopyOnWriteArrayList	Vector	Collections.synchronizedList
锁粒度	写操作全局锁	方法级 synchronized 锁	方法级 synchronized 锁
读性能	无锁，O(1)	加锁，性能较低	加锁，性能较低
迭代器行为	弱一致性（快照）	强一致性（可能抛出异常）	强一致性（可能抛出异常）
适用场景	读多写少（如配置表）	历史遗留，不推荐使用	通用同步需求，但写频繁时不适用

4. 典型应用场景

监听器列表管理
- 事件监听器注册/注销频率低，但遍历触发频率高（如 GUI 组件事件处理）。
读多写少的缓存
- 静态配置信息存储，偶尔更新但频繁读取。
高并发日志收集
- 日志批量写入时避免阻塞日志读取线程。
线程安全迭代需求
- 需要避免 ConcurrentModificationException 的遍历场景。

5. 注意事项与优化策略

避免频繁修改：批量写入时优先使用 addAll 减少数组复制次数。
内存监控：大容量列表频繁修改可能导致 GC 压力激增。
替代方案：
- 写多读少场景 → 改用 ConcurrentLinkedQueue 或 BlockingQueue。
- 强一致性需求 → 结合 ReadWriteLock 自定义数据结构。
版本兼容性：
- JDK 1.5 引入，JDK 1.8 优化锁机制（synchronized 替代 ReentrantLock）。

总结回答模板

“CopyOnWriteArrayList 通过写时复制机制实现线程安全，在读取时无锁运行，适合读多写少的并发场景。例如配置信息的存储和事件监听器列表管理。它的核心代价是写操作的高内存消耗，因此不适合频繁修改的场景。相比 Vector 和同步包装列表，它在高并发读取时性能优势显著，但迭代器仅提供弱一致性视图。”

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