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在Java中如何使用CopyOnWriteArrayList实现线程安全列表_CopyOnWriteArrayList集合实践

P粉602998670
发布: 2025-11-19 10:12:47
原创
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CopyOnWriteArrayList是读多写少场景下的线程安全列表,通过写时复制实现高效读取,适用于弱一致性、低频写入的并发环境。

在java中如何使用copyonwritearraylist实现线程安全列表_copyonwritearraylist集合实践

在多线程环境下,对集合的并发访问容易引发数据不一致或异常。Java 提供了多种线程安全的集合类,其中 CopyOnWriteArrayListList 接口的一个线程安全实现,特别适用于读多写少的场景。

什么是 CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayListjava.util.concurrent 包下的一个并发集合类。它的核心机制是“写时复制”(Copy-On-Write):当对列表进行修改操作(如 add、set、remove)时,它不会直接修改原数组,而是先复制一份新的数组,在新数组上完成修改,然后将容器的引用指向新数组。整个过程对读操作无锁,保证了读取的高效性。

这种设计使得 读操作完全无锁、线程安全且高性能,而写操作由于涉及数组复制,开销较大,因此适合 读远多于写 的并发场景。

基本使用方法

创建和使用 CopyOnWriteArrayList 与普通 ArrayList 非常相似,区别在于它是线程安全的。

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  • 添加元素:调用 add() 方法
  • 删除元素:调用 remove() 方法
  • 获取元素:调用 get() 方法
  • 遍历列表:支持增强 for 循环或迭代器

示例代码:

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import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class CopyOnWriteExample {
    private static CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

    public static void main(String[] args) {
        // 启动多个线程读取
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(() -> {
                while (true) {
                    for (String s : list) {
                        System.out.println("读取: " + s);
                    }
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        break;
                    }
                }
            }).start();
        }

        // 单独线程写入
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                list.add("元素" + i);
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }
}
登录后复制

在这个例子中,多个线程同时读取列表内容,另一个线程周期性地添加元素。由于 CopyOnWriteArrayList 的特性,读线程不会因为写操作而抛出 ConcurrentModificationException,也不会阻塞。

适用场景与注意事项

CopyOnWriteArrayList 并非适用于所有并发场景,需结合其特点合理使用。

  • 适合读多写少:例如监听器列表、配置缓存、事件广播等场景。
  • 写操作成本高:每次写都会复制整个数组,大数据量时性能较差。
  • 弱一致性迭代器:迭代器基于快照创建,不会反映后续的写操作,也不能调用 remove() 方法。
  • 实时性要求不高:读操作可能读到旧数据,不适合强一致性要求的场景。
  • 避免频繁写操作:高频率写入会导致频繁复制,影响整体性能。

与同步包装类对比

传统方式可通过 Collections.synchronizedList() 获得线程安全的 List:

List<String> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
登录后复制

这种方式对所有操作加锁,读写互斥,性能不如 CopyOnWriteArrayList 在读多场景下的表现。但在写操作频繁时,CopyOnWriteArrayList 反而更慢。

基本上就这些。CopyOnWriteArrayList 是一种以空间换时间、读写分离的经典实现,理解其原理和适用边界,才能在实际开发中正确选用。

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