CopyOnWriteArrayList 源码分析：基础与新增功能

深度解析 Java 中的 CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList：并发数据结构的利器

在多线程环境中，共享数据是不可避免的，然而，要确保数据一致性却是一项挑战。这就是 CopyOnWriteArrayList 的用武之地，它是 Java 并发集合中的中流砥柱，能够在保证数据安全的同时，允许多个线程同时读写数据。

CopyOnWriteArrayList 的工作原理

CopyOnWriteArrayList 的核心思想是"写时复制"，这意味着当一个线程需要修改数据时，它会先创建一个新的副本，然后在新副本上进行修改。与此同时，原来的副本仍然保持不变，其他线程仍然可以看到它。这种方式避免了多线程同时修改同一份数据时可能产生的混乱。

新增功能：Java 9 的强化

Java 9 为 CopyOnWriteArrayList 带来了新的功能，进一步提升了它的灵活性：

• removeIf() 方法： 根据给定的谓词从列表中删除元素。
• replaceAll() 方法： 使用给定的函数替换列表中的所有元素。
• sort() 方法： 对列表中的元素进行排序。

性能优化：高效的并发

与其他并发集合相比，CopyOnWriteArrayList 在性能上具有明显优势。这是因为它只在修改数据时才需要复制整个列表，而 Vector 和 synchronized ArrayList 等集合每次读写都需要对整个列表加锁。

使用场景：并发数据访问的最佳选择

CopyOnWriteArrayList 非常适合以下场景：

• 多线程环境中的数据共享
• 频繁的读写操作
• 遍历操作

示例代码：实际应用

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

        // 添加元素
        list.add("Item 1");
        list.add("Item 2");

        // 并发访问
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            // 读取数据
            System.out.println("Thread 1: " + list);

            // 修改数据（创建新的副本）
            list.add("Item 3");
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            // 读取数据（仍然看到旧版本）
            System.out.println("Thread 2: " + list);
        });

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();

        // 输出：
        // Thread 1: [Item 1, Item 2]
        // Thread 2: [Item 1, Item 2]
    }
}

常见问题解答

1. CopyOnWriteArrayList 和 Collections.synchronizedList() 有什么区别？
Collections.synchronizedList() 也是一种并发集合，但它使用同步机制来控制对底层列表的访问，而 CopyOnWriteArrayList 使用"写时复制"机制。

2. CopyOnWriteArrayList 是否适合所有并发场景？
虽然 CopyOnWriteArrayList 是一种强大的并发集合，但它可能并不适合所有场景。对于写入密集型的应用，它可能带来性能开销。

3. 如何判断 CopyOnWriteArrayList 的大小？
CopyOnWriteArrayList 的 size() 方法返回的是当前列表的快照，而不像其他集合那样是实时的。

4. CopyOnWriteArrayList 是否支持 null 元素？
是的，CopyOnWriteArrayList 允许 null 元素。

5. CopyOnWriteArrayList 如何处理并发修改异常？
CopyOnWriteArrayList 没有抛出并发修改异常，因为它使用"写时复制"机制来避免这种情况。