Java 并发集合：CopyOnWrite 写时复制集合介绍
在 Java 的并发编程中，传统的集合类（如 ArrayList、HashMap 等）在多线程环境下使用时，可能会导致数据不一致和并发异常的问题。为了解决这个问题，Java 提供了一些并发集合类，其中之一就是 CopyOnWriteArrayList。
1. 什么是 CopyOnWriteArrayList？
CopyOnWriteArrayList 是一种实现了 List 接口的线程安全集合，属于 Java 的并发集合（java.util.concurrent 包）。它的核心特点是：在对集合进行修改（比如添加、删除元素）时，会将当前集合的快照复制一份，然后在复制的快照上进行修改。因此，这种策略被称为“写时复制”。
这种设计理念有几个明显的优势：
- 读操作的要素不需要加锁，读取数据时不受写操作的影响，所以读性能非常高。
- 在写操作非常少、读操作非常多的场景下，使用 CopyOnWriteArrayList 可以有效降低锁的竞争，提高整体并发性能。
2. CopyOnWriteArrayList 的使用示例
下面是 CopyOnWriteArrayList 的一个简单示例，展示了如何在多线程环境下使用它：
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
public class CopyOnWriteExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个 CopyOnWriteArrayList
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
// 向集合中添加元素
list.add("A");
list.add("B");
list.add("C");
// 创建多个线程，模拟并发读取
Runnable readTask = () -> {
for (String item : list) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取: " + item);
try {
Thread.sleep(100); // 模拟读取延迟
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
};
// 创建多个线程，模拟并发添加
Runnable writeTask = () -> {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
String newItem = "D" + i;
list.add(newItem);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "添加: " + newItem);
try {
Thread.sleep(150); // 模拟写入延迟
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
};
// 启动多个读取线程
Thread readThread1 = new Thread(readTask, "读取线程1");
Thread readThread2 = new Thread(readTask, "读取线程2");
readThread1.start();
readThread2.start();
// 启动多个写入线程
Thread writeThread1 = new Thread(writeTask, "写入线程1");
Thread writeThread2 = new Thread(writeTask, "写入线程2");
writeThread1.start();
writeThread2.start();
try {
readThread1.join();
readThread2.join();
writeThread1.join();
writeThread2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
3. 解释代码
在上述示例中，我们创建了一个 CopyOnWriteArrayList 并添加了初始元素 'A', 'B', 'C'。随后，我们定义了两个任务，一个是读取列表内容的线程，另一个是往列表中添加新元素的线程。
-
读取任务 (
readTask): 这个任务循环读取集合中的元素，并打印当前线程的名称和读取的元素。由于CopyOnWriteArrayList的特性，读取时不需要额外的同步。 -
写入任务 (
writeTask): 这个任务循环添加元素到集合中，每次添加都会创建集合的一个新副本。
在多线程的情况下，读取线程和写入线程会同时运行，读取线程能够读取到添加之前的元素，以及在添加完成后新添加的元素。
结论
CopyOnWriteArrayList 是一个在多读少写场景下非常优雅的解决方案。虽然写操作可能会造成额外的性能开销（因为每次写入都要复制整个数组），但在读操作频繁的情况下，CopyOnWriteArrayList 提供了良好的性能表现。对于需要保持线程安全且读写操作不平衡的应用场景，选择 CopyOnWriteArrayList 在许多情况下都是一个明智的选择。
