CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList 是一种 写时复制 (Copy-On-Write) 的线程安全 List 实现，属于 JUC 并发集合。它通过“读写分离”在读多写少场景下提供极高的读取性能，非常适合存储监听器、黑名单、白名单等少量需要偶尔更新的数据。

核心原理 🧠

底层仍是数组 transient volatile Object[] array。
每次写操作都会 复制一份新数组，在新数组上修改，然后把 array 引用指向新数组。
读取操作直接访问 array，无须加锁，天然线程安全。
写操作通过 ReentrantLock 保证同一时间只有一个线程执行复制，避免数据竞争。
迭代器遍历的是创建迭代器时的快照，不会感知之后的修改（弱一致性快照）。
由于数组引用是 volatile，写线程在 setArray() 后对其他线程可见；老数组将等待 GC 回收。

示例（JDK 源码片段）：

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();
    }
}

适用场景 ✅

监听器/订阅者列表：如 GUI 事件监听、Spring 事件广播。
系统配置或白名单：更新频率低，但读取频率极高。
黑名单/过滤规则：需要频繁遍历匹配，偶尔才更新。
广播消息：一次写入后，多个线程读取快照。
热更新特性开关：配置热删改不频繁，但每次请求都要读取最新快照。

API 速览 🔧

CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

list.add("listener");
list.addIfAbsent("listener");      // 原子检测+插入
list.addAllAbsent(Arrays.asList("A", "B"));

list.get(0);                       // 读操作无锁
list.remove("listener");

Iterator<String> it = list.iterator(); // 快照迭代器
while (it.hasNext()) {
    System.out.println(it.next());
}

特殊方法：

addIfAbsent(E e)：只有在列表中不存在 e 时才添加。
addAllAbsent(Collection<? extends E> c)：批量添加不存在的元素。
iterator()：返回快照迭代器，可在遍历时安全修改列表（修改不可见）。
subList：返回的视图本质上仍是快照，不支持结构性修改，否则抛 UnsupportedOperationException。

优缺点对比 ⚖️

维度	优点	缺点
读性能	完全无锁，读非常快	-
写性能	简单可靠，无需额外同步	每次写都复制数组，成本高
内存	-	写操作需要额外分配 + GC 压力
一致性	迭代器不会抛 `ConcurrentModificationException`	迭代器看到的是旧快照，非实时
场景	读多写少、元素规模小	写多或大列表时不合适

灾备 | 快照天然容错，写失败不影响读 | 写放大，可能触发 Safepoint 延迟

与其他方案比较 🥊

vs Collections.synchronizedList：后者读写都要获取同一把锁，吞吐较低；CopyOnWriteArrayList 读完全无锁，但写成本高。
vs ConcurrentLinkedQueue：CLQ 适合频繁入队/出队的队列；CopyOnWriteArrayList 更适合“随机访问 + 遍历”场景。
vs CopyOnWriteArraySet：后者基于 CopyOnWriteArrayList 实现，元素唯一性由 addIfAbsent 保证。

性能注意事项 ⚠️

避免大对象或大集合写入：复制成本与数组长度线性相关。
批量更新慎用：连续多次写等于多次复制，可考虑批更新（先复制数组，替换后一次设置）。
注意内存峰值：写时同时存在旧数组和新数组，可能短暂占用双倍空间。
遍历快照语义：读到的是旧数据，不适合要求强一致的场景。

面试常问 🎯

CopyOnWriteArrayList 为什么适合读多写少？
因为写操作需要复制整份数组，成本高；但读完全不用加锁，非常快。
迭代器为何不会抛 ConcurrentModificationException？
迭代器持有创建时的数组快照，后续修改不会影响快照，也不会检测结构变化。
如何处理大规模写操作？
不建议使用；可考虑 ConcurrentLinkedQueue + 批量转换、ReadWriteLock + 普通 List 等替代方案。
addIfAbsent 如何实现？
内部通过加锁 + 数组复制，在复制前遍历一次数组确认不存在元素。
为何数组字段是 volatile？
确保写线程替换数组后，其他线程能立即看到最新引用，保证可见性。
CopyOnWrite 会不会导致内存泄漏？
不会长期泄漏，但写入越多，短时间内旧数组越多，可能造成 GC 压力；因此要控制写频率并监控老年代占用。
如何在 CopyOnWrite 场景下做批量更新？
可以先获取底层数组，复制成 newElements，在单次锁保护内完成所有增删，再一次性 setArray(newElements)，减少锁竞争次数。
与 ReadWriteLock 相比的优势是什么？
CopyOnWrite 完全免锁读取，不存在锁升级/饥饿问题，且读写互不干扰；缺点是写放大和内存成本，适合元素规模较小的场景。

实战小贴士 🛠️

控制列表大小，尽量保持在几千元素以内。
更新逻辑最好集中在少量线程执行，减少复制次数。
如果需要频繁写入，可考虑 ReadWriteLock + ArrayList 或 ConcurrentLinkedQueue。
可搭配 Collections.unmodifiableList() 在发布阶段提供不可变视图，进一步防御误修改。
监控 GC 日志和写放大次数，避免在小内存容器中出现频繁 Full GC。

小结

CopyOnWriteArrayList 是“读多写少”场景的利器：它以牺牲写性能和内存为代价，换取读操作的极致简单与安全。只要理解其写时复制和快照迭代特性，就能在监听器、配置、白名单等业务中放心使用，并在面试中讲清楚其底层机制与适用边界。

核心原理 🧠​

适用场景 ✅​

API 速览 🔧​

优缺点对比 ⚖️​

与其他方案比较 🥊​

性能注意事项 ⚠️​

面试常问 🎯​

实战小贴士 🛠️​

小结​