CopyOnWriteArrayList 原理，优缺点

CopyOnWriteArrayList是Java并发包中提供的一种线程安全的ArrayList，其原理、优缺点可以归纳如下：

原理

CopyOnWriteArrayList的核心思想是"写时复制"（Copy-On-Write, COW），即在修改操作（添加、删除元素等）时，不是直接修改当前容器，而是先复制一份当前容器的副本，然后在副本上进行修改操作，最后再将原容器的引用指向修改后的新容器。这种机制保证了读操作不会受到写操作的阻塞，因此读操作是完全不用加锁的，性能较高。

优点

1. 并发读性能高：由于读操作不需要加锁，且不会受到写操作的阻塞，因此在读操作远多于写操作的并发场景中，CopyOnWriteArrayList的性能表现非常出色。
2. 线程安全：CopyOnWriteArrayList内部实现了线程安全的机制，无需外部同步，简化了并发编程的复杂性。
3. 迭代器安全：CopyOnWriteArrayList提供了一个弱一致性的迭代器（Weakly Consistent Iterator），即在迭代过程中，即使列表发生了修改，迭代器仍然可以安全地进行，不会抛出ConcurrentModificationException异常。

缺点

1. 内存开销大：由于每次写操作都会创建底层数组的一个副本，因此CopyOnWriteArrayList的内存开销相对较大。特别是在列表包含大量元素时，每次写操作都需要复制整个数组，这不仅会增加内存消耗，还可能导致Garbage Collection频繁发生，影响系统性能。
2. 写操作性能低：由于每次写操作都需要复制整个底层数组，这使得写操作的时间复杂度是O(n)，其中n是数组的大小。因此，在需要频繁写操作的场景下，CopyOnWriteArrayList的性能会非常低下。
3. 数据实时性差：CopyOnWriteArrayList在每次写操作时都要复制整个数组，因此不适合用于需要实时读取最新数据的场景。在读取过程中，如果另一个线程完成了写操作，但由于读操作是在旧数组上进行的，读取线程依然会获取到写操作之前的数据。

使用场景

CopyOnWriteArrayList最适合的场景是读多写少的场景，如配置管理、事件监听器列表 等。在这些场景中，读操作非常频繁，而写操作相对较少。由于读操作无锁且非常高效，因此CopyOnWriteArrayList能够提供优异的性能。

实例

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;  
  
public class CopyOnWriteArrayListExample {  
    public static void main(String[] args) {  
        // 创建一个CopyOnWriteArrayList对象  
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();  
  
        // 添加元素到列表中  
        list.add("Alice");  
        list.add("Bob");  
        list.add("Charlie");  
  
        // 遍历并打印列表中的元素  
        System.out.println("Initial List:");  
        for (String element : list) {  
            System.out.println(element);  
        }  
  
        // 创建并启动多个线程，一个用于添加元素，一个用于删除元素  
        Thread thread1 = new Thread(new AddElementTask(list));  
        Thread thread2 = new Thread(new RemoveElementTask(list));  
  
        thread1.start();  
        thread2.start();  
  
        // 等待线程执行完毕  
        try {  
            thread1.join();  
            thread2.join();  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
  
        // 遍历并打印最终的列表内容  
        System.out.println("Final List:");  
        for (String element : list) {  
            System.out.println(element);  
        }  
    }  
  
    // 添加元素的线程任务  
    static class AddElementTask implements Runnable {  
        private CopyOnWriteArrayList<String> list;  
  
        public AddElementTask(CopyOnWriteArrayList<String> list) {  
            this.list = list;  
        }  
  
        @Override  
        public void run() {  
            for (int i = 1; i <= 5; i++) {  
                list.add("Element " + i);  
                System.out.println("Added Element " + i);  
                try {  
                    Thread.sleep(100); // 模拟一些延迟  
                } catch (InterruptedException e) {  
                    e.printStackTrace();  
                }  
            }  
        }  
    }  
  
    // 删除元素的线程任务  
    static class RemoveElementTask implements Runnable {  
        private CopyOnWriteArrayList<String> list;  
  
        public RemoveElementTask(CopyOnWriteArrayList<String> list) {  
            this.list = list;  
        }  
  
        @Override  
        public void run() {  
            for (int i = 1; i <= 3; i++) {  
                if (list.size() > 0) {  
                    String removedElement = list.remove(0);  
                    System.out.println("Removed " + removedElement);  
                }  
                try {  
                    Thread.sleep(200); // 模拟一些延迟  
                } catch (InterruptedException e) {  
                    e.printStackTrace();  
                }  
            }  
        }  
    }  
}

运行结果

Initial List:
Alice
Bob
Charlie
Removed Alice
Added Element 1
Added Element 2
Removed Bob
Added Element 3
Added Element 4
Removed Charlie
Added Element 5
Final List:
Element 1
Element 2
Element 3
Element 4
Element 5

与List性能对比（add）

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

public class CopyOnWriteArrayListCompareListExample {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> copList = new CopyOnWriteArrayList<>();
        long begin = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            copList.add(String.valueOf(i));
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("CopyOnWriteArrayList:"+(end - begin));


        List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        long beginList = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            list.add(String.valueOf(i));
        }
        long endList = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("List:"+(endList - beginList));
    }
}

运行结果

CopyOnWriteArrayList:2128
List:1936