Java并发工具：CopyOnWriteArrayList详解

CopyOnWriteArrayList是Java并发编程中专为“读多写少”场景量身打造的线程安全列表，通过“写时复制”机制实现读操作完全无锁、高性能、不抛ConcurrentModificationException，特别适合监听器注册、事件回调等频繁遍历而极少修改的场景；但它也存在写操作开销大、数据弱一致性、迭代器不可修改及易引发GC压力等明显局限，因此是否选用需严格权衡读写比例——它不是万能的线程安全替代品，而是一种以空间换时间、以最终一致性换取极致读性能的精巧设计。

在多线程环境中，集合的并发访问是一个常见问题。Java 提供了多种线程安全的集合类，其中 CopyOnWriteArrayList 是针对读多写少场景设计的一种特殊 ArrayList 实现。它通过“写时复制”机制保证线程安全，适用于特定的并发使用场景。

什么是 CopyOnWriteArrayList？

CopyOnWriteArrayList 是 java.util.concurrent 包中的一个线程安全列表。它的核心机制是：每当有写操作（如 add、set、remove）发生时，不直接修改原数组，而是先复制一份新的数组，在新数组上完成修改，然后将内部引用指向新数组。整个过程对读操作无阻塞。

这种设计使得 读操作完全无锁、无同步开销，非常适合读远多于写的并发环境。

适用场景与优势

以下情况适合使用 CopyOnWriteArrayList：

• 读操作频繁，写操作极少：例如监听器列表、事件回调注册表等，大多数时间都在遍历或查询，很少添加或删除元素。
• 需要遍历时避免 ConcurrentModificationException：普通 ArrayList 在遍历过程中被修改会抛出异常，而 CopyOnWriteArrayList 允许一边读一边写（读的是旧快照）。
• 希望读操作不阻塞：多个线程同时读取不会加锁，性能高。

示例代码：

CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");

// 多个线程可安全遍历
for (String s : list) {
    System.out.println(s);
}

注意事项与局限性

虽然 CopyOnWriteArrayList 线程安全，但也有明显缺点，使用时需注意：

• 写操作代价高：每次写都要复制整个数组，时间和内存开销大，不适合元素多或写频繁的场景。
• 数据弱一致性：读操作获取的是快照，无法立即看到最新的写入结果。如果需要强一致性，不适合用它。
• 迭代器不支持写操作：Iterator 的 remove、add、set 方法会抛出 UnsupportedOperationException。
• 可能引发内存溢出：频繁写操作会产生大量临时数组，增加 GC 压力。

与 synchronizedList 的对比

Java 还提供了 Collections.synchronizedList 来包装 ArrayList 实现线程安全。区别在于：

• synchronizedList 所有操作都加锁，读读互斥，性能较低。
• CopyOnWriteArrayList 读不加锁，写加锁并复制，读性能极高，但写成本高。

因此，若读远多于写，优先选 CopyOnWriteArrayList；否则考虑 ConcurrentHashMap 或其他并发容器配合使用。

基本上就这些。CopyOnWriteArrayList 是一种以空间换时间、以最终一致性换读性能的设计，在合适的场景下能有效提升并发程序的吞吐量。

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