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Java面试之CopyOnWriteArrayList的原理

月夜之吻

月夜之吻

发布时间:2026-03-02 09:48:33

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来源于php中文网

原创

copyonwritearraylist 是写时复制的线程安全列表,读无锁、写加锁并复制数组,适用于读多写少场景;add 时加锁、复制扩容、volatile 写入新数组;迭代器基于快照,不抛 concurrentmodificationexception 但不保证实时性。

java面试之copyonwritearraylist的原理

CopyOnWriteArrayList 是什么,为什么需要它

它不是普通线程安全的 ArrayList,而是一个「写时复制」容器,核心思想是:读操作完全无锁,写操作加锁并复制整个底层数组。适用于读多写少、且不能容忍读过程被写中断的场景(比如监听器列表、配置快照)。

常见误解是“它线程安全所以啥都能用”,其实它牺牲了实时性和内存开销来换读性能——每次 addremove 都会新建数组,旧数组上的迭代器仍能看到旧数据,不会抛 ConcurrentModificationException,但也不会反映最新修改。

add 方法内部到底做了什么

add 操作全程在独占锁 ReentrantLock 下执行,关键步骤如下:

  • 先获取当前数组 array 的快照
  • 创建新数组,长度为 oldLength + 1
  • System.arraycopy 把旧数组内容拷贝过去
  • 把新元素放在末尾
  • volatile 写入新数组引用,确保其他线程可见

注意:add 不是原子地更新索引+数组,而是原子地替换整个数组引用。这意味着中间状态(如扩容中)对外不可见,但代价是每次写都要分配新数组。

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本版本全面兼容php5.6+,并且修复了许多官方程序的低级代码bug。在apache 2.4.17+php5.6.15环境下测试通过,人格保证无毒无木马,仅仅是一名ecshop热爱者心血来潮之作。ecshop编译更新日志:1、加入最新官方补丁。2、修改数据库连接底层为mysqli, 现在完美无缺了。3、再次对所有代码进行细节修复。4、adminers更新至1.1.2, 在线管理数据库的神器。5、测

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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();
    }
}

迭代器为何不抛 ConcurrentModificationException

因为它的 Iterator 是弱一致性的,构造时就持有了当前数组的快照引用,后续所有 next()hasNext() 都基于这个静态数组,和原容器后续的写操作完全无关。

这意味着:

  • 迭代过程中即使其他线程调用了 add,你也不会看到新元素
  • 也不会因结构变化触发检查失败——它压根不维护 modCount
  • 但反过来,如果你依赖迭代期间的数据实时性(比如监控类逻辑),它就不适用

它的 Iterator 是只读的:remove()set() 等方法直接抛 UnsupportedOperationException

什么时候不该用 CopyOnWriteArrayList

它不适合以下情况:

  • 写操作频繁(比如每秒上千次 add),会导致大量数组复制和 GC 压力
  • 集合很大(比如几十万元素),单次 add 就要复制几 MB 内存
  • 需要强一致性读(比如金融对账),因为它天然存在读延迟
  • 想用 ListIterator 进行双向遍历或修改——它不支持

替代方案要看场景:高并发读写均衡可考虑 ConcurrentLinkedQueue 或分段锁;需要强一致读写,老实用 synchronized 块包住 ArrayList 更可控。

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