集合与多线程:为什么 CopyOnWriteArrayList 是多线程环境中的“秘密武器”?
开篇语
哈喽,各位小伙伴们,你们好呀,我是喵手。运营社区:C站/掘金/腾讯云/阿里云/华为云/51CTO;欢迎大家常来逛逛
今天我要给大家分享一些自己日常学习到的一些知识点,并以文字的形式跟大家一起交流,互相学习,一个人虽可以走的更快,但一群人可以走的更远。
我是一名后端开发爱好者,工作日常接触到最多的就是Java语言啦,所以我都尽量抽业余时间把自己所学到所会的,通过文章的形式进行输出,希望以这种方式帮助到更多的初学者或者想入门的小伙伴们,同时也能对自己的技术进行沉淀,加以复盘,查缺补漏。
小伙伴们在批阅的过程中,如果觉得文章不错,欢迎点赞、收藏、关注哦。三连即是对作者我写作道路上最好的鼓励与支持!
前言
嘿,亲爱的开发者们!
你是不是也有过这种困惑?在多线程环境中操作集合,常常遇到ConcurrentModificationException,就像开车打滑一样,急刹车,来不及反应,程序崩了!
但就在你快要放弃时,你发现了CopyOnWriteArrayList——它好像是一个神奇的集合,解决了多线程场景下的许多烦恼。
今天,就让我们一起探讨 CopyOnWriteArrayList,看看它如何在多线程环境下表现得如此神奇,让你轻松应对集合操作中的多线程挑战!💥
一、什么是 CopyOnWriteArrayList?
1. CopyOnWriteArrayList 的定义
CopyOnWriteArrayList
是 Java 提供的一个线程安全的 List
实现类,它属于 java.util.concurrent 包,专为高并发设计。在多线程环境下,CopyOnWriteArrayList
提供了读操作的高性能,同时通过 写时复制(copy-on-write)策略保证线程安全。
2. 工作原理:写时复制
CopyOnWriteArrayList
的核心思想是:每当你修改集合(如 add()
、remove()
、set()
)时,它会创建一个新副本,然后在新副本上执行操作,完成后再将引用指向这个新副本。这样,在进行写操作时,其他线程的读操作不会被影响,因为它们会继续读取原来的副本。
3. 线程安全:为什么它不需要加锁?
通过使用写时复制的策略,CopyOnWriteArrayList
实现了高效的线程安全。写操作时会复制数组,写操作和读操作互不干扰,这使得它能够在多线程环境中以较高的效率进行读操作。
二、CopyOnWriteArrayList 与其他集合的对比
1. 传统集合:ArrayList
与 Vector
ArrayList
:不是线程安全的,多个线程同时访问和修改会引发数据不一致或ConcurrentModificationException
。Vector
:是线程安全的,但性能相对较差,因为它通过给每个操作加锁来保证线程安全,锁的开销较大。
2. CopyOnWriteArrayList
的优势
- 线程安全:
CopyOnWriteArrayList
是线程安全的,但它并不通过同步锁来实现,而是采用“写时复制”的方式,每次写操作都会复制一份新的数据,这使得它非常适合读多写少的场景。 - 读操作高效:由于写操作不会阻塞读操作,因此在读操作占主导的情况下,性能非常高。
三、CopyOnWriteArrayList 的使用场景
1. 读多写少的场景:最适合的选择
CopyOnWriteArrayList
的最大优势在于 读操作非常高效。当你的程序中读操作远远多于写操作时,CopyOnWriteArrayList
将是一个非常好的选择。它能够避免传统锁机制(如 synchronized
)的性能瓶颈,同时保证线程安全。
典型场景:
- 事件监听器:多个线程同时监听事件的情况下,
CopyOnWriteArrayList
可以保证对事件列表的高效读取,而不会阻塞。 - 缓存更新:当缓存中元素很少修改,但读取频繁时,可以使用
CopyOnWriteArrayList
,避免每次读取时都加锁。
示例代码:
假设你有一个事件监听系统,需要频繁读取事件列表,但事件本身更新不频繁:
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
public class EventListenerExample {
private final CopyOnWriteArrayList<String> eventListeners = new CopyOnWriteArrayList<>();
// 添加监听器
public void addListener(String listener) {
eventListeners.add(listener);
}
// 通知所有监听器
public void notifyListeners(String event) {
for (String listener : eventListeners) {
System.out.println("Notifying listener: " + listener + " about event: " + event);
}
}
public static void main(String[] args) {
EventListenerExample eventSystem = new EventListenerExample();
// 添加监听器
eventSystem.addListener("Listener 1");
eventSystem.addListener("Listener 2");
// 通知监听器
eventSystem.notifyListeners("New Event");
}
}
在这个例子中,CopyOnWriteArrayList
让我们可以非常高效地读取事件监听器,即使多个线程同时在进行读取操作。
2. 避免ConcurrentModificationException
当使用传统的 ArrayList
进行多线程遍历时,如果在遍历过程中另一个线程对 ArrayList
进行了修改,就会抛出 ConcurrentModificationException
。
CopyOnWriteArrayList
通过“写时复制”机制,避免了这种问题,即使在遍历过程中有线程修改集合,CopyOnWriteArrayList
也不会抛出异常,因为它实际上是在修改副本,而不是直接修改原集合。
示例代码:
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
public class SafeModificationExample {
public static void main(String[] args) {
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
list.add("Item 1");
list.add("Item 2");
// 创建一个线程去遍历
Thread reader = new Thread(() -> {
for (String item : list) {
System.out.println("Reading: " + item);
}
});
// 创建另一个线程去修改
Thread writer = new Thread(() -> {
try {
Thread.sleep(100);
list.add("Item 3");
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
});
reader.start();
writer.start();
}
}
在这段代码中,CopyOnWriteArrayList
能够确保 reader
线程在遍历时不会因 writer
线程的修改而抛出异常。
3. 适用于频繁读取但偶尔修改的场景
如果你在某个多线程应用程序中,读取集合的操作比修改集合的操作更频繁,且修改操作相对较少,那么 CopyOnWriteArrayList
会是一个非常好的选择。它的设计使得在这种场景下的性能非常优越。
典型场景:
- 监听器管理:如图形用户界面(GUI)中,需要通知多个监听器进行更新。
- 线程池任务管理:任务执行队列频繁读取任务,但任务添加和删除较少。
四、CopyOnWriteArrayList 的限制与注意事项
虽然 CopyOnWriteArrayList
在多线程环境中提供了很高的性能和线程安全,但它也有一些需要注意的限制:
-
写操作的成本较高:
- 每次修改集合时,
CopyOnWriteArrayList
都会创建集合的副本,这意味着写操作的开销比较大。如果修改操作非常频繁,可能导致性能瓶颈。
- 每次修改集合时,
-
内存占用较高:
- 由于每次修改都会复制一份新的数据,所以在大量写操作时,内存的开销会增加。
-
不适合写多读少的场景:
- 如果你的程序中读写操作的比例大致相当,或者写操作占主导,
CopyOnWriteArrayList
可能不是最佳选择。在这种情况下,传统的ArrayList
或Vector
更适合。
- 如果你的程序中读写操作的比例大致相当,或者写操作占主导,
五、总结:CopyOnWriteArrayList 的应用场景和适用性
适用场景:
- 读操作远远多于写操作的场景。
- 需要避免
ConcurrentModificationException
的场景。 - 多线程环境下,频繁读取、少量修改的集合管理。
不适用场景:
- 写操作频繁的场景,因为每次修改都需要创建新的副本。
- 对内存开销敏感的场景,因为副本的创建会占用额外内存。
总结:
CopyOnWriteArrayList
在读多写少的场景下非常高效,且能避免并发修改异常。然而,如果你的程序有大量写操作,可能需要考虑其他的线程安全集合类,像 ConcurrentHashMap
或 Collections.synchronizedList()
。
… …
文末
好啦,以上就是我这期的全部内容,如果有任何疑问,欢迎下方留言哦,咱们下期见。
… …
学习不分先后,知识不分多少;事无巨细,当以虚心求教;三人行,必有我师焉!!!
wished for you successed !!!
⭐️若喜欢我,就请关注我叭。
⭐️若对您有用,就请点赞叭。
⭐️若有疑问,就请评论留言告诉我叭。
版权声明:本文由作者原创,转载请注明出处,谢谢支持!
- 点赞
- 收藏
- 关注作者
评论(0)