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Java高频面试之集合-08

news 来源：原创 2025/5/21 6:48:26

hello啊，各位观众姥爷们！！！本baby今天来报道了！哈哈哈哈哈嗝🐶

面试官：详细说说CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList 详解

CopyOnWriteArrayList 是 Java 并发包（java.util.concurrent）中提供的线程安全列表，基于“写时复制”（Copy-On-Write）机制实现。它适用于读多写少的高并发场景，如事件监听器列表、配置管理等。

核心特性

特性	说明
线程安全	读操作无锁，写操作通过锁保证线程安全。
数据一致性	读操作基于快照，迭代期间不会抛出 `ConcurrentModificationException`。
写开销	每次修改操作会复制底层数组，内存占用较高。
适用场景	读操作频繁，写操作极少（如监听器管理、配置存储）。

底层实现

数据结构
- 基于动态数组（volatile Object[] array）存储数据。
- 所有读操作直接访问当前数组，无需同步。

写时复制（COW）

修改操作流程：
1. 加锁（ReentrantLock）。
2. 复制原数组，生成新数组。
3. 在新数组上执行修改操作。
4. 将底层数组引用指向新数组（setArray(newArray)）。
5. 释放锁。

代码示例（add 方法）：

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();
    }
}

迭代器
- 基于迭代器创建时的数组快照遍历数据。
- 不支持修改操作（如 remove、set），调用会抛出 UnsupportedOperationException。
- 代码示例：
```
public Iterator<E> iterator() {
    return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
}
```

优点与缺点

优点	缺点
读操作无锁，性能极高。	写操作内存开销大（复制全量数据）。
避免并发修改异常（`ConcurrentModificationException`）。	数据弱一致性（读操作可能不反映最新状态）。
实现简单，适合读多写少场景。	写操作频繁时性能急剧下降。

适用场景

监听器列表：
如 GUI 事件监听器，注册后极少修改，但频繁触发事件（读）。

// 添加监听器（写操作少）
listeners.add(new Listener());

// 触发事件（读操作多）
for (Listener listener : listeners) {
    listener.onEvent();
}

配置管理：
系统配置通常加载后很少修改，但频繁读取。

CopyOnWriteArrayList<Config> configs = loadConfigs();
// 读取配置（无锁）
String value = configs.get(0).getProperty("key");

缓存快照：
需要缓存某个时间点的数据快照供查询。

性能对比

操作	ArrayList	CopyOnWriteArrayList	`Collections.synchronizedList`
读（单线程）	O(1)（最快）	O(1)（无锁，快）	O(1)（同步开销，较慢）
读（高并发）	非线程安全，需外部同步	O(1)（无锁，最快）	O(1)（同步开销，慢）
写（单线程）	O(1)（快）	O(n)（复制数组，慢）	O(1)（同步开销，较慢）
写（高并发）	非线程安全	O(n)（锁竞争，最慢）	O(1)（同步开销，慢）

注意事项

避免频繁写操作：
批量写入时，优先使用 addAll 代替多次 add，减少数组复制次数。

// 不推荐
for (String item : items) {
    list.add(item);
}

// 推荐
list.addAll(items);

迭代器弱一致性：
迭代器遍历的是创建时的快照，可能无法感知后续修改。

CopyOnWriteArrayList<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>(Arrays.asList(1, 2, 3));
Iterator<Integer> it = list.iterator();
list.add(4);
while (it.hasNext()) {
    System.out.print(it.next()); // 输出 1,2,3（不包含4）
}

内存监控：
大对象或超大数组可能导致内存压力，需监控堆内存使用。

🐮🐎

使用场景：读多写少，允许数据弱一致性。
替代方案：
- 写多读少：考虑 ConcurrentLinkedQueue 或 ConcurrentHashMap。
- 强一致性需求：使用锁或 synchronizedList。
最佳实践：结合业务特点选择数据结构，必要时进行性能压测。

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