寒假打卡12-1月27日

Java CopyOnWrite 容器——CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet

在多线程环境中，读写操作的冲突是一个常见的问题。Java 提供了 CopyOnWrite 容器来解决这个问题，主要包括 CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet。这些容器在进行写操作时会创建一个新的副本，从而避免了读写冲突，适用于读多写少的场景。

CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList 是一个线程安全的 List 实现，其内部通过复制数组来实现并发安全。在添加、删除或修改元素时，会复制原数组，并在副本上进行操作，最后将副本替换为原数组。

使用场景

• 读操作远多于写操作的场景
• 需要避免读写锁竞争的场景

示例代码

import java.util.List;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class CopyOnWriteArrayListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        // 读操作
        for (String fruit : list) {
            System.out.println(fruit);
        }

        // 写操作
        list.add("Date");

        // 读操作
        for (String fruit : list) {
            System.out.println(fruit);
        }
    }
}

在上述代码中，我们创建了一个 CopyOnWriteArrayList，并进行了多次读写操作。由于每次写操作都会创建数组的副本，因此不会影响并发的读操作。

CopyOnWriteArraySet

CopyOnWriteArraySet 是一个线程安全的 Set 实现，其内部通过 CopyOnWriteArrayList 来实现并发安全。它具有 Set 的特性，即不允许重复元素。

使用场景

• 读操作远多于写操作的场景
• 需要避免读写锁竞争的场景
• 需要保证元素唯一性的场景

示例代码

import java.util.Set;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;

public class CopyOnWriteArraySetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
        set.add("Dog");
        set.add("Cat");
        set.add("Horse");

        // 读操作
        for (String animal : set) {
            System.out.println(animal);
        }

        // 写操作
        set.add("Elephant");

        // 读操作
        for (String animal : set) {
            System.out.println(animal);
        }
    }
}

在上述代码中，我们创建了一个 CopyOnWriteArraySet，并进行了多次读写操作。由于每次写操作都会创建数组的副本，因此不会影响并发的读操作。

CopyOnWrite 容器的优缺点

优点

• 线程安全：通过复制数组避免读写冲突，确保线程安全。
• 无需锁机制：读操作无需加锁，避免了读写锁竞争，提高了并发性能。
• 读性能高：适用于读操作远多于写操作的场景，读性能非常高。

缺点

• 内存开销大：每次写操作都会创建数组的副本，增加了内存开销。
• 写性能低：写操作需要复制数组，性能较低，不适用于写操作频繁的场景。

总结

CopyOnWrite 容器在多线程环境下提供了一种高效的读写分离机制，适用于读操作远多于写操作的场景。通过使用 CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet，我们可以避免读写冲突，提高并发性能。然而，由于其内存开销和写性能较低，不适用于写操作频繁的场景。

希望通过本篇文章，大家对 Java CopyOnWrite 容器有了更深入的了解。在接下来的文章中，我们将继续探讨更多关于 Java 并发编程的知识点，敬请期待！