并发容器：CopyOnWriteArrayList

最新推荐文章于 2025-06-12 08:00:00 发布

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文章标签： java python

原文链接：https://my.oschina.net/u/267473/blog/733661

本文详细介绍了CopyOnWriteArrayList的工作原理及其应用场景。通过对比普通ArrayList在多线程环境下的异常表现，展示了CopyOnWriteArrayList如何避免并发修改异常，并讨论了其在读多写少场景下的优势及可能带来的内存开销问题。

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0.ConpyOnWriteArrayList的使用场景

在多线程中，如果A线程在读取一个List时，B线程在向里面add数据，会抛出异常：java.util.ConcurrentModificationException

public class ErrorTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);

        final ArrayList<Integer> list_thrd = new ArrayList<>(list);
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int count = 0;
                while (true) {
                    list_thrd.add(count++);
                }
            }
        });

        thread.setDaemon(true);
        thread.start();

        Thread.sleep(3);
        for (Integer integer : list_thrd) {
            System.out.println(integer);
        }
    }

}

运行这段代码，会抛出java.util.ConcurrentModificationException，即主线程在遍历list元素的时候，子线程在向里面添加元素。在这种情况下，我们可以使用CopyOnWriteArrayList进行操作。

1.初步了解CopyOnWriteArrayList

CopyOnWrite，字面意思就是写时复制。通俗的说，就是我们向容器中添加数据的时候，并不是向容器本身添加数据。而是，先copy一个副本，向里面添加记录，然后再将copy赋值给原对象。我们来看下面的代码

public class CopyOnWriteListTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<Integer> temp = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);

        final CopyOnWriteArrayList<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>(temp);

        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int count = 0;
                while (true) {
                    list.add(count++);
                }
            }
        });

        thread.setDaemon(true);
        thread.start();

        Thread.sleep(3);
        for (Integer integer : list) {
            System.out.println(list.hashCode());
            System.out.println(integer);
        }
    }

}

我们在遍历CopyOnWriteArrayList集合的时候，同时打印出hashCode，可以看到输出结果：

-1813306013
1
1381289098
2
1109838168
3
-1094901371
4
-1008565321
5
-1813169375
0
-1540165649
1
-1441641759
2
1807730922
3
-870434537
4
-1185576945
5

这说明CopyOnWriteArrayList的add方法确实是创建了新的list对象，同时也不会抛出异常。

2.CopyOnWriteArrayList的实现原理

2.1 add方法

/** The lock protecting all mutators */
transient final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

/** The array, accessed only via getArray/setArray. */
private volatile transient Object[] array;
public boolean add(E e) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            newElements[len] = e;
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

添加方法使用了重入锁来保证多线程添加的时候，不会生成多个list的副本在内存中；
array对象使用了volatile修饰，保证了多线程环境下的可见性
最后使用setArray来给array对象赋值

2.2 get方法

private E get(Object[] a, int index) {
        return (E) a[index];
    }

get方法没有使用锁，所以读取的还是旧的数据，因为写入的时候并没有锁住旧的array对象

3.CopyOnWriteArrayList的使用场景

从刚刚的例子中我们可以看出，CopyOnWriteArrayList适合读多写少的场景。例如黑白名单等，将数据初始化到List当中，当有较少写操作的时候，可以保证多并发情况下，List的最终一致性。但是，它也是有缺点的：当执行add操作的时候，由于要copy出一个对象，这时会导致内存占用加大。可能会造成频繁的Young GC和Full GC。

转载于:https://my.oschina.net/u/267473/blog/733661