CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet对比

以下是 CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet 的核心特性、使用场景、优缺点及对比总结：

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1. CopyOnWriteArrayList

核心特性

• 线程安全：通过写时复制（Copy-On-Write）机制实现线程安全。
• 读操作无锁：读取时无需锁，性能高，适合读多写少的场景。
• 写操作耗时：添加、删除或修改元素时，会复制整个底层数组，内存开销较大。
• 迭代器弱一致性：遍历时看到的是快照数据，不会抛出 ConcurrentModificationException。

典型方法

方法	说明
add(E e)	添加元素，触发数组复制。
remove(Object o)	删除元素，触发数组复制。
set(int index, E element)	修改指定位置的元素，触发数组复制。
iterator()	返回迭代器，遍历时基于快照（复制时的数组状态）。

使用场景

• 读多写少：如配置列表、观察者模式中的注册表。
• 需要避免阻塞读操作：如日志记录、缓存列表。

优缺点

优点	缺点
读操作高性能，无锁机制。	写操作性能低（需复制数组）。
支持安全的迭代，无需额外同步。	内存消耗高（写操作时复制整个数组）。
线程安全，无需手动加锁。	不适合频繁写入的场景。

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2. CopyOnWriteArraySet

核心特性

• 基于 CopyOnWriteArrayList 实现：底层通过 CopyOnWriteArrayList 存储元素，保证唯一性。
• 线程安全：继承自 CopyOnWriteArrayList 的线程安全机制。
• Set 特性：不允许重复元素，元素无序。

典型方法

方法	说明
add(E e)	添加元素，若已存在则不操作。
remove(Object o)	删除元素。
contains(Object o)	检查元素是否存在。
iterator()	返回迭代器，遍历基于快照。

使用场景

• 线程安全的唯一元素集合：如线程安全的注册表、唯一标识符集合。
• 需要避免重复元素的场景：如用户黑名单、唯一资源池。

优缺点

优点	缺点
线程安全，无需手动加锁。	写操作性能低（需复制底层数组）。
元素唯一，自动去重。	内存消耗高（写操作时复制整个数组）。
支持安全的迭代。	查找性能不如 HashSet（需遍历数组）。

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3. 对比表格

特性	CopyOnWriteArrayList	CopyOnWriteArraySet
数据结构	底层是数组，有序，允许重复元素。	底层基于 CopyOnWriteArrayList，元素唯一。
线程安全机制	写时复制（Copy-On-Write）。	写时复制，继承自 CopyOnWriteArrayList。
读操作性能	高（无锁）。	高（无锁）。
写操作性能	低（需复制数组）。	低（需复制数组）。
元素唯一性	允许重复元素。	确保元素唯一。
适用场景	读多写少的列表场景。	需要线程安全且元素唯一的集合场景。
迭代器特性	基于快照，弱一致性。	基于快照，弱一致性。

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4. 使用示例

CopyOnWriteArrayList 示例

CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
list.add("A"); // 触发复制
list.add("B"); 

// 安全遍历
list.forEach(System.out::println); // 输出 A, B

// 写操作触发复制
list.set(0, "C"); // 修改元素，复制底层数组

CopyOnWriteArraySet 示例

CopyOnWriteArraySet<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
set.add("A"); // 成功
set.add("A"); // 无效果（已存在）

// 检查元素存在性
System.out.println(set.contains("A")); // true

// 删除元素
set.remove("A");

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5. 选择建议

• 选 CopyOnWriteArrayList 的场景：
  • 需要有序列表或允许重复元素。
  • 需要频繁读取，偶尔写入。
• 选 CopyOnWriteArraySet 的场景：
  • 需要线程安全的唯一元素集合。
  • 元素无需有序，但需保证唯一性。

注意事项

1. 避免频繁写操作：两个类的写操作都会复制数组，内存和性能开销较大。
2. 内存占用：写操作时内存消耗是原数组的两倍（旧数组保留直到垃圾回收）。
3. 替代方案：
   • 若写操作频繁，可考虑 ConcurrentHashMap 的键集合（keySet()）。
   • 若需要高性能的唯一集合，可使用 ConcurrentSkipListSet（基于跳表）。

通过合理选择，可在保证线程安全的同时满足不同场景的需求。