CopyOnWriteArrayList深度分析

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一、引言

在Java并发编程中，线程安全的数据结构是至关重要的。CopyOnWriteArrayList是Java并发包java.util.concurrent中的一种线程安全ArrayList实现。它的主要特点是写操作会创建底层数组的新副本来实现线程安全，而读操作总是在当前数组上操作，无需同步。

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二、CopyOnWriteArrayList原理

CopyOnWriteArrayList基于乐观锁的思路，采用写时复制(Copy-On-Write)策略，在修改数据时复制一份数组，然后对新数组进行修改，完成后再替换掉旧的数组。这种策略在读多写少的并发场景中表现优异，因为读操作无需同步，直接在原数组上操作，极大地提高了读取效率。

缺陷

1. 由于写操作的时候，需要拷贝数组，会消耗内存，如果原数组的内容比较多的情况下，可能导致 young gc 或者 full gc
2. 不能用于实时读的场景，像拷贝数组、新增元素都需要时间，所以调用一个 set 操作后，读取到数据可能还是旧 的，虽然CopyOnWriteArrayList 能做到最终一致性，但是还是没法满足实时性要求；
3. CopyOnWriteArrayList 合适读多写少的场景，不过这类慎用。因为谁也没法保证 CopyOnWriteArrayList到底要放置多少数据，万一数据稍微有点多，每次 add/set 都要重新复制数组，这个代价实在太高昂了。在高性能的互联网应用中，这种操作分分钟引起故障。

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三、性能分析

1. 写性能：由于每次写操作都需要复制整个数组，所以写操作的性能开销较大。特别是当数组较大或者写操作频繁时，性能影响更加明显。
2. 读性能：由于读操作直接在原数组上进行，无需同步，所以读操作的性能开销较小。在读多写少的并发场景中，CopyOnWriteArrayList的性能优势明显。
3. 内存占用：由于每次写操作都需要复制整个数组，所以CopyOnWriteArrayList的内存占用相对较大。

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四、适用场景

CopyOnWriteArrayList适用于读多写少的并发场景，如缓存、日志记录等。在这些场景中，读操作远多于写操作，CopyOnWriteArrayList的读性能优势可以得到充分发挥。然而，对于写操作频繁的场景，如订单处理、实时数据更新等，CopyOnWriteArrayList可能并不是最佳选择。

例如：以下场景，IP地址的黑白名单

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent