CopyOnWriteArrayList是什么？

一只爱撸猫的程序猿
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1. CopyOnWriteArrayList是什么？

CopyOnWriteArrayList 是 Java 中的一个线程安全的ArrayList类。它是java.util.concurrent包中的一部分，被设计用于多线程环境下。CopyOnWriteArrayList 的核心思想是当需要修改列表（例如添加或删除元素）时，而不是在原来的数据上进行修改，它会创建原列表的一个新副本，然后在这个新的副本上进行修改。这样做的好处是在修改数据的同时不会锁定整个列表，从而可以提高并发性。

但是，这种方法也有一些缺点。首先，由于每次修改都需要复制整个列表，所以如果列表非常大，或者修改操作非常频繁，那么性能可能会下降。其次，由于在修改数据时创建了列表的副本，所以可能会消耗更多的内存。

总的来说，CopyOnWriteArrayList 在需要进行大量读取操作和较少修改操作的多线程环境中是非常有用的。如果修改操作非常频繁，或者列表非常大，那么可能需要寻找其他的并发解决方案。

2. CopyOnWriteArrayList的底层原理是什么？

CopyOnWriteArrayList是Java中用于并发编程的一个数据结构，其核心思想是“写时复制”，即每当我们需要修改（添加，删除，修改等）列表中的元素时，我们并不直接在当前数组上进行修改，而是先将当前的数组复制一份，然后在新的数组上进行修改，最后再将引用指向新的数组。这就是CopyOnWriteArrayList名称的由来。

下面，我们来看一下其核心原理的具体细节：

  1. 存储结构：CopyOnWriteArrayList使用一个volatile类型的数组来存储数据。volatile关键字可以确保数组引用的可见性，当数组发生变化（例如指向一个新的数组）时，其他所有线程都能立即看到这个变化。

  2. 添加元素：当我们需要添加一个元素时，CopyOnWriteArrayList会先锁定整个类，然后复制一个新的数组，大小为原数组大小加一，然后将新元素添加到新数组的末尾，最后再将引用指向新的数组。

  3. 删除元素：当我们需要删除一个元素时，CopyOnWriteArrayList同样会先锁定整个类，然后复制一个新的数组，大小为原数组大小减一，然后将除了被删除的元素以外的所有元素复制到新的数组，最后再将引用指向新的数组。

  4. 读取元素：由于所有的修改操作都会创建一个新的数组，所以读取操作是无锁的，这意味着可以在任何时候进行读取操作，不会出现并发问题。

  5. 内存一致性效应：由于数组引用是volatile类型的，因此数组引用的更改（即指向新数组的引用）和新数组中元素的写入，将在其他线程中立即可见。这是通过内存屏障来保证的，这是Java内存模型中的一部分。

总的来说，CopyOnWriteArrayList通过“写时复制”的策略实现了高并发的读操作和相对较低的写操作。这使得CopyOnWriteArrayList在读多写少的并发场景中非常适用，但是如果写操作非常频繁，或者数据量非常大，可能会引发性能和内存问题。

3. 实际案例

以下是一个简单的使用 CopyOnWriteArrayList 的示例。这个例子创建了一个 CopyOnWriteArrayList，并在两个线程中分别进行添加和迭代操作：

import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

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

    public static void main(String[] args) {
        // 启动一个线程，向list中添加数据
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    list.add("Element " + i);
                    try {
                        Thread.sleep(200);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();

        // 启动一个线程，读取list中的数据
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Iterator<String> iterator = list.iterator();
                while (iterator.hasNext()) {
                    System.out.println(iterator.next());
                    try {
                        Thread.sleep(300);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();
    }
}

在这个示例中，一个线程在向列表中添加数据，而另一个线程在读取列表中的数据。由于 CopyOnWriteArrayList 的线程安全性，所以这两个操作可以并发进行，而不会出现并发问题。

请注意，此例子仅为演示用途。在实际的生产环境中，应该更加关注异常处理，以及可能的性能和内存问题。

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