揭秘CopyOnWriteArrayList线程安全机制，Java面试必备干货
2023-09-10 01:55:13
探索 CopyOnWriteArrayList：揭秘多线程编程中的线程安全利器
简介
在多线程编程的世界中，处理并发访问数据结构是一项至关重要的任务。Java 中，CopyOnWriteArrayList 是一种特殊的 ArrayList，它以其卓越的线程安全特性而著称。本文将深入探讨 CopyOnWriteArrayList 底层的实现机制，揭示它如何保证线程安全，助你脱颖而出，自信应对 Java 面试。
CopyOnWriteArrayList 的线程安全原理
CopyOnWriteArrayList 的线程安全秘诀在于其独一无二的复制机制。与传统的 ArrayList 不同，当一个线程修改 CopyOnWriteArrayList 中的元素时，它并不会直接修改原有数组，而是创建一个该数组的副本，然后在新副本上进行修改。这种方法的妙处在于，其他正在访问原有数组的线程不受修改操作的影响，从而保证了线程安全。
代码示例：
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
public class CopyOnWriteArrayListDemo {
public static void main(String[] args) {
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
// 线程 1 添加元素
Thread t1 = new Thread(() -> {
list.add("Hello");
});
// 线程 2 获取元素
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (String s : list) {
System.out.println(s);
}
});
t1.start();
t2.start();
}
}
在这个示例中，即使线程 1 在线程 2 遍历列表时添加元素，也不会抛出 ConcurrentModificationException 异常，因为线程 2 正在操作线程 1 创建副本时的列表快照。
CopyOnWriteArrayList 的初始容量
CopyOnWriteArrayList 的初始容量默认为 16，可以在构造函数中指定。如果没有指定，则会使用默认值 16。当 CopyOnWriteArrayList 中的元素数量超过其容量时，它会自动扩充容量，默认情况下，每次扩充容量为原容量的一半。
CopyOnWriteArrayList 的优势
- 线程安全： 通过复制机制保证线程安全，无需使用 synchronized 或其他同步机制，非常适合多线程编程。
- 适用于读多写少的场景： 非常适用于读多写少的场景，因为读操作无需复制数组，而只有在写操作时才需要复制，从而提高了性能。
- 支持并发迭代： 支持并发迭代，即允许在迭代过程中对列表进行修改，而不会抛出 ConcurrentModificationException 异常。
CopyOnWriteArrayList 的局限性
- 写操作性能较低： 由于每次写操作都创建数组副本，因此写操作的性能相对较低。
- 内存消耗较大： 由于每次写操作都创建数组副本，因此内存消耗也较大。
CopyOnWriteArrayList 的最佳实践
- 在多线程编程中，优先使用 CopyOnWriteArrayList 而不是 ArrayList。
- 对于读多写少的场景，使用 CopyOnWriteArrayList 可以提高性能。
- 对于写操作频繁的场景，应避免使用 CopyOnWriteArrayList，以免降低性能。
常见问题解答
- 为什么 CopyOnWriteArrayList 的写操作性能较低？
答：因为每次写操作都会创建数组副本，这是一个开销较大的操作。
- CopyOnWriteArrayList 适合所有多线程场景吗？
答：不，如果写操作非常频繁，则应避免使用 CopyOnWriteArrayList，因为它可能会降低性能。
- CopyOnWriteArrayList 与 Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()) 的区别是什么？
答：Collections.synchronizedList() 方法通过使用 synchronized 来同步 ArrayList，而 CopyOnWriteArrayList 使用的是复制机制。CopyOnWriteArrayList 通常在读多写少的场景中性能更好。
- CopyOnWriteArrayList 是否支持快速失败迭代器？
答：是，CopyOnWriteArrayList 支持快速失败迭代器，当底层列表发生并发修改时，它将抛出 ConcurrentModificationException 异常。
- CopyOnWriteArrayList 的初始容量可以动态调整吗？
答：不行，CopyOnWriteArrayList 的初始容量在创建时指定，不能动态调整。
结论
CopyOnWriteArrayList 是 Java 中一种功能强大的并发数据结构，它通过其独一无二的复制机制保证了线程安全。在读多写少的场景中，它是一个非常有价值的选择。然而，重要的是要了解其局限性，例如写操作性能较低和内存消耗较大。掌握了 CopyOnWriteArrayList 的内部机制和最佳实践，你将能够在多线程编程中自信地使用它，并提升你的 Java 技能。
