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Java中的CopyOnWrite容器原理_读写分离思想在集合安全中的应用

P粉602998670

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发布时间:2026-02-18 01:23:33

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来源于php中文网

原创

copyonwritearraylist写操作慢因每次增删改均需复制整个数组(o(n)),读操作直接访问volatile引用的数组故无锁;适合读远多于写的场景,写频繁时gc压力大。

java中的copyonwrite容器原理_读写分离思想在集合安全中的应用

CopyOnWriteArrayList 为什么写操作慢但读不加锁

因为每次 addsetremove 都会新建数组,把原数组内容复制过去再修改——写是“拷贝+替换”,读只是拿当前引用的数组地址,天然线程安全且无同步开销。

适合读远多于写的场景,比如监听器列表、配置项快照。如果写频繁(如每秒几百次),GC 压力和内存抖动会明显上升。

  • CopyOnWriteArrayListget(int) 方法不加锁,也不做任何 volatile 读,直接数组下标访问
  • 写操作最终调用 Arrays.copyOf,意味着一次完整的堆内存分配和复制,时间复杂度 O(n)
  • 迭代器基于创建时的数组快照,所以遍历时即使其他线程修改了容器,也不会抛 ConcurrentModificationException,但也看不到新元素

CopyOnWriteArraySet 底层其实依赖 CopyOnWriteArrayList

它没有自己实现增删逻辑,而是用 CopyOnWriteArrayList 存储元素,并在 add 时先查重再插入——这意味着两次遍历:一次 contains,一次 add

查重靠的是 equals,不是哈希,所以性能比 ConcurrentHashMap 差很多,尤其元素多时。

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  • 构造 CopyOnWriteArraySet 时传入已有集合,会逐个调用 add,而不是批量初始化,容易被误以为“能高效构建”
  • 没有 removeIf 或批量删除方法,所有删除都走单次 remove(Object),内部仍要遍历数组
  • 不能替代 ConcurrentHashMap.keySet() 做去重容器,除非你明确需要迭代安全 + 写少读多

“读写分离”不是指读写线程分组,而是指读写操作对数据副本的使用策略

很多人以为 CopyOnWrite 是让读线程和写线程各玩各的,其实不是:所有线程看到的都是同一个数组引用,只是写操作会原子性地切换这个引用指向新数组。

关键点在于 array 字段是 volatile 的,保证新数组对所有读线程可见;但读线程永远不关心“谁在写”,只管读当前引用。

  • 不存在“读线程池”或“写线程池”的设计,线程角色完全由调用的方法决定
  • 写操作的原子性仅体现在引用更新上,中间复制过程不对外暴露,所以不会出现“读到一半新数组、一半旧数组”的情况
  • 如果在写操作中途发生 OOM,旧数组仍完好,容器状态不变——这是它比某些 CAS 重试方案更稳的地方

别在循环里反复调用 size() 或 toArray() 当作“实时长度”用

size() 虽然快,但它返回的是当前数组长度;而 toArray() 每次都新建数组并复制,开销等同于一次写操作的前半段。

常见错误是在监控日志里每秒调 list.toArray().length,结果把本该轻量的读操作变成了隐式写压力。

  • 想判断是否为空,直接用 isEmpty(),它只是 array.length == 0,比 size() == 0 少一次字段读取
  • 需要转成数组做计算?先存一次引用:Object[] snapshot = list.toArray(),再复用,避免重复复制
  • 注意 toArray(T[]) 的重载行为:传入非空数组时可能复用其空间,但 CopyOnWriteArrayList 总是新建数组,所以这个重载没意义
事情说清了就结束。真正要用好 CopyOnWrite,得盯住两个数字:读写比例是否大于 100:1,单次写操作涉及的元素数量是否稳定在百以内。超出就该换方案。

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