Java CopyOnWriteArrayList介绍和代码示例

向右看齐 2023-10-12 09:45 107阅读 0赞

## 特点 ##

`CopyOnWriteArrayList` 是 Java 并发包中提供的一种线程安全的列表实现。它是通过在修改操作时创建底层数组的副本来实现线程安全的，因此被称为 “写时复制”（Copy-On-Write）。

下面是 `CopyOnWriteArrayList` 的一些特点和详细解释：

1.  线程安全性：`CopyOnWriteArrayList` 是线程安全的，可以被多个线程同时访问而无需额外的同步措施。这是因为它的写操作是通过创建底层数组的副本来完成的，从而避免了并发修改的问题。
2.  读操作无锁：读取操作不会阻塞其他读操作，因为每个读操作都是针对一个不变的副本进行的。这使得 `CopyOnWriteArrayList` 在读多写少的场景中具有较好的性能。
3.  写操作复制数组：每当进行写操作（添加、修改或删除元素）时，`CopyOnWriteArrayList` 会创建一个底层数组的副本，并在副本上执行修改操作。这样可以确保在写操作期间，其他线程仍然可以安全地读取原始数组。
4.  内存占用较高：由于每次写操作都会创建一个副本数组，`CopyOnWriteArrayList` 的内存占用较高。因此，在数据量较大或写操作频繁的场景下，使用 `CopyOnWriteArrayList` 可能会导致内存消耗过大。
5.  适用场景：`CopyOnWriteArrayList` 适用于读多写少的场景，例如读取操作远远多于写入操作的数据缓存、事件订阅等。它提供了一种简单且线程安全的方式来处理这些场景。

## 代码示例 ##

下面是一个简单示例，展示了如何使用 `CopyOnWriteArrayList`：

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
    
    public class CopyOnWriteArrayListExample {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
    
            // 添加元素
            list.add("Alice");
            list.add("Bob");
            list.add("Charlie");
    
            // 遍历元素
            for (String element : list) {
        
                System.out.println(element);
            }
    
            // 修改元素
            list.set(1, "David");
    
            // 删除元素
            list.remove(2);
        }
    }

在上述示例中，我们创建了一个 `CopyOnWriteArrayList` 对象 `list`，并进行了添加、遍历、修改和删除等操作。由于 `CopyOnWriteArrayList` 是线程安全的，我们无需额外的同步措施就可以进行这些操作。

需要注意的是，`CopyOnWriteArrayList` 的写操作相对较慢，因为它涉及复制底层数组，因此在写入操作较频繁的场景中，性能可能会受到影响。因此，根据实际情况选择合适的数据结构非常重要。

## 关于线程安全 ##

下面是一个简单的示例代码，演示了 `CopyOnWriteArrayList` 的线程安全性：

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
    
    public class CopyOnWriteArrayListExample {
        
        private static CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
    
        public static void main(String[] args) {
        
            // 创建并启动多个线程
            Thread thread1 = new Thread(new AddElementTask());
            Thread thread2 = new Thread(new RemoveElementTask());
            thread1.start();
            thread2.start();
    
            // 等待线程执行完毕
            try {
        
                thread1.join();
                thread2.join();
            } catch (InterruptedException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
    
            // 打印最终的列表内容
            System.out.println("Final List:");
            for (String element : list) {
        
                System.out.println(element);
            }
        }
    
        static class AddElementTask implements Runnable {
        
            @Override
            public void run() {
        
                for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        
                    list.add("Element " + i);
                    System.out.println("Added Element " + i);
                    try {
        
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
        
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    
        static class RemoveElementTask implements Runnable {
        
            @Override
            public void run() {
        
                for (int i = 1; i <= 3; i++) {
        
                    if (list.size() > 0) {
        
                        String removedElement = list.remove(0);
                        System.out.println("Removed " + removedElement);
                    }
                    try {
        
                        Thread.sleep(200);
                    } catch (InterruptedException e) {
        
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }

在上述示例中，我们创建了一个 `CopyOnWriteArrayList` 对象 `list`，并创建了两个线程，一个线程用于添加元素到列表中，另一个线程用于移除列表的元素。每个线程在执行操作之前都会休眠一段时间。

运行示例代码，可以看到多个线程并发地修改 `CopyOnWriteArrayList`，但不会出现线程安全问题。这是因为 `CopyOnWriteArrayList` 内部使用写时复制的机制，在写操作时会复制底层数组，并在复制的数组上进行修改，从而保证了线程安全性。

需要注意的是，虽然 `CopyOnWriteArrayList` 提供了线程安全性，但每次写操作都会创建一个底层数组的副本，因此在写操作频繁的场景中，性能可能会受到影响。因此，在选择数据结构时，需要根据实际需求权衡线程安全性和性能。