深入剖析CopyOnWriteList

CopyOnWriteList是一個Java集合，他提供了並發讀，並且寫操作不會阻塞讀線程的列表。在JDK 1.5中推出，由於其出色的線程安全和高效性，CopyOnWriteList在高並發的場景中經常使用。

一、copyonwritelist 頻繁讀寫

CopyOnWriteList支持高並發場景下的頻繁讀取和較少寫入操作。CopyOnWriteList內部通過複製整個列表來實現線程安全的寫操作，並且寫操作不阻塞讀操作，讀操作不加鎖，提高了讀取效率。而寫操作發生時，需要對整個列表進行複製，會造成額外的空間開銷，因此不適合數據量大或者寫操作頻繁的場景。

二、copyonwritelist線程安全

CopyOnWriteList使用「寫時複製」的策略，讀取操作與寫入操作不互斥，讀操作不需要加鎖，寫操作在創建新集合時進行加鎖，並將引用指向新集合，使得新數據能夠被讀寫線程共享。因此，CopyOnWriteList的線程安全性得到了保障。

/**
 * CopyOnWriteList線程安全性測試程序
 */
public class CopyOnWriteListTest {

    private static final int THREAD_COUNT = 10;
    private static final int ITEM_COUNT = 1000;

    private List list = new CopyOnWriteArrayList();

    private class ThreadReader extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < ITEM_COUNT; i++) {
                int val = list.get(i);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + val);
            }
        }
    }

    private class ThreadWriter extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < ITEM_COUNT; i++) {
                int val = (int) Math.round(Math.random() * ITEM_COUNT);
                list.add(val);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": write " + val);
            }
        }
    }

    @Test
    public void testCopyOnWriteList() throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < ITEM_COUNT; i++) {
            list.add(i);
        }
        //啟動10個線程進行讀操作
        for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
            ThreadReader reader = new ThreadReader();
            reader.start();
        }
        //啟動1個線程進行寫操作
        ThreadWriter writer = new ThreadWriter();
        writer.start();
        writer.join();

        System.out.println("CopyOnWriteList size: " + list.size());
    }

}

三、copyonwritelist效率

CopyOnWriteList的效率相對於其他同類型的集合要稍弱，主要原因是寫操作需要複製整個列表，因此在寫入操作非常頻繁的情況下，會造成較大的額外開銷。但是，在讀操作非常頻繁，且寫操作較少的場景中，CopyOnWriteList運行效率明顯高於其他同類型的集合。

四、copyonwritelist應用場景選取

CopyOnWriteList適用於讀操作較為頻繁，而寫操作較少，且內存佔用不是很重要的情況下。比如，緩存系統中的讀操作，通常有多個線程同時讀取。當有線程進行寫操作時，CopyOnWriteList將會複製一份全新的數據集合進行修改，而此時讀取的線程仍然可以讀取舊數據集合中的內容，保證了讀數據的一致性和讀空間的隔離性。

/**
 * CopyOnWriteList應用場景測試程序
 */
public class CopyOnWriteListTest {

    private static final int THREAD_COUNT = 10;
    private static final int ITEM_COUNT = 1000;

    private List list = new CopyOnWriteArrayList();

    private class ThreadReader extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < ITEM_COUNT; i++) {
                int val = list.get(i);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + val);
            }
        }
    }

    private class ThreadWriter extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < ITEM_COUNT; i++) {
                int val = (int) Math.round(Math.random() * ITEM_COUNT);
                list.add(val);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": write " + val);
            }
        }
    }

    @Test
    public void testCopyOnWriteList() throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < ITEM_COUNT; i++) {
            list.add(i);
        }
        //啟動10個線程進行讀操作
        for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
            ThreadReader reader = new ThreadReader();
            reader.start();
        }
        //啟動1個線程進行寫操作
        ThreadWriter writer = new ThreadWriter();
        writer.start();
        writer.join();

        System.out.println("CopyOnWriteList size: " + list.size());
    }

}

五、總結

CopyOnWriteList的優點在於線程安全，可以在高並發的讀取操作下保證數據一致性和讀空間的隔離性。但是，如果寫操作比例過於頻繁，或者數據量過大，會造成額外的開銷，性能得不到保障。需要在合適的場景中進行選擇。