大家好，我是哪吒。

在上一节中提到了通过ConcurrentHashMap解决HashMap在高并发下数据错乱的问题。

这篇简单介绍一下ArrayList的线程安全类CopyOnWriteArrayList。

一、CopyOnWriteArrayList简介

CopyOnWriteArrayList是ArrayList的一个线程安全的变体。它是通过在对底层数组进行一次新的复制来实现所有可变操作（如add、set等）的。在遍历时，它不会对任何元素进行修改，因此绝对不会抛出ConcurrentModificationException的异常。这种数据结构适合用在“读多，写少”的并发应用中，因为在这种情况下，读操作远远大于写操作，所以使用这种数据结构可以提高并发性能。但是，如果存在大量写操作，使用这种数据结构可能会导致性能下降，因为每次写操作都需要对整个底层数组进行复制。

二、CopyOnWriteArrayList的优缺点

1、优点

1. 线程安全：CopyOnWriteArrayList实现了线程安全，可以在多线程环境下正常使用，避免了线程竞争和锁的问题；
2. 并发读取性能好：由于CopyOnWriteArrayList在读取数据时不需要进行任何操作，所以在并发读取时效率很高；
3. 可用于读多写少的场景：CopyOnWriteArrayList适合用在读多写少的场景中，可以大大提高并发性能。

2、缺点

1. 内存占用高：由于CopyOnWriteArrayList每次写操作都需要复制整个底层数组，因此会导致内存占用较高。
2. 写操作的延迟高：由于需要进行数据复制，所以CopyOnWriteArrayList的写操作延迟较高。
3. 不适用于迭代器的弱一致性需求：CopyOnWriteArrayList的迭代器只能保证最终一致性，不能保证强一致性。因此，如果需要保证迭代器的一致性需求，建议使用其他数据结构。
4. 不支持add()、set()、remove()方法：CopyOnWriteArrayList的迭代器实现了ListIterator接口，但是add()、set()、remove()方法都直接抛出了UnsupportedOperationException异常。

三、CopyOnWriteArrayList使用场景

CopyOnWriteArrayList主要适用于读多写少的并发场景，可以在多线程环境下提供高效的读取操作，同时保证线程安全。它适合用于缓存、读操作频繁而写操作较少的场景，例如：

1、数据库缓存

将CopyOnWriteArrayList作为数据库查询结果的缓存，可以避免在多线程环境下频繁地访问数据库，提高查询效率。

2、消息队列

在消息队列中，通常会有大量的读取操作和较少的写入操作，使用CopyOnWriteArrayList可以保证读取操作的并发性和效率。

3、数据统计和分析

在数据统计和分析过程中，通常会有大量的读取操作和较少的写入操作，使用CopyOnWriteArrayList可以提高读取操作的并发性和效率。

需要注意的是，由于CopyOnWriteArrayList的写操作会进行数据复制，可能会导致内存占用较高，因此不适合数据量过大的场景。此外，由于CopyOnWriteArrayList不支持add()、set()、remove()方法，因此也不适合需要频繁进行插入、更新、删除操作的场景。

四、使用CopyOnWriteArrayList时需要注意哪些问题？

1、内存占用问题

由于CopyOnWriteArrayList的写时复制机制，当进行写操作时，内存中会同时驻扎两个对象的内存，旧的对象和新写入的对象。在复制时只复制容器里的引用，在写时才会创建新对象添加到新容器里，而旧容器的对象还在使用，所以有两份对象内存。

2、数据一致性问题

CopyOnWriteArrayList只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。因为复制和操作元素需要一些时间，所以会有延迟。如果希望写入的数据马上能读到，要求数据强一致性的话，建议不要使用CopyOnWriteArrayList。

3、线程安全

CopyOnWriteArrayList是写同步，读非同步的。多个线程对CopyOnWriteArrayList进行写操作是线程安全的，但是在读操作时是非线程安全的。如果在for循环中使用下标的方式去读取数据，可能会报错ArrayIndexOutOfBoundsException。

4、不支持add()、set()、remove()方法

CopyOnWriteArrayList的迭代器实现了ListIterator接口，但是add()、set()、remove()方法都直接抛出了UnsupportedOperationException异常，所以应该避免使用迭代器的这几个方法。

五、下面通过一段代码测试一下CopyOnWriteArrayList的性能。

CopyOnWriteArrayList适合读多写少的并发场景，可以提供高效的读取操作和线程安全保障，但需要注意写操作开销较大和内存占用较高的问题。

public static void testWrite() {
    List<String> copyOnWriteArrayList = new CopyOnWriteArrayList<>();
    List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

    StopWatch stopWatch = new StopWatch();
    stopWatch.start();
    IntStream.rangeClosed(1, 100000).parallel().forEach(x -> copyOnWriteArrayList.add(UUID.randomUUID().toString()));
    stopWatch.stop();
    System.out.println("CopyOnWriteArrayList 写方法耗时："+stopWatch.getTotalTimeSeconds());
    StopWatch stopWatch2 = new StopWatch();
    stopWatch2.start();
    IntStream.rangeClosed(1, 100000).parallel().forEach(x -> synchronizedList.add(UUID.randomUUID().toString()));
    stopWatch2.stop();

    System.out.println("List 写方法耗时："+stopWatch2.getTotalTimeSeconds());
}

public static void testRead() {
    List<Integer> copyOnWriteArrayList = new CopyOnWriteArrayList<>();
    List<Integer> synchronizedList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
    copyOnWriteArrayList.addAll(IntStream.rangeClosed(1, 1000000).boxed().collect(Collectors.toList()));
    synchronizedList.addAll(IntStream.rangeClosed(1, 1000000).boxed().collect(Collectors.toList()));
    StopWatch stopWatch = new StopWatch();
    stopWatch.start();
    IntStream.range(1, 1000000).parallel().forEach(x -> copyOnWriteArrayList.get(x));
    stopWatch.stop();
    System.out.println("copyOnWriteArrayList 读方法耗时："+stopWatch.getTotalTimeSeconds());

    StopWatch stopWatch2 = new StopWatch();
    stopWatch2.start();
    IntStream.range(1, 1000000).parallel().forEach(x -> synchronizedList.get(x));
    stopWatch2.stop();
    System.out.println("List 读方法耗时："+stopWatch2.getTotalTimeSeconds());
}

在高并发场景下，CopyOnWriteArrayList 写的速度比ArrayList加锁的方式足足慢了100倍，读的效率相差无几。印证了上面的结论，CopyOnWriteArrayList 适用于**“读多，写少”**的并发应用中。

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