处理线程安全的列表CopyOnWriteArrayList 和Collections.synchronizedList

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作者
筋斗云
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ConcurrentModificationException 是 Java 中的一种异常,用于指示在迭代集合时,该集合的结构发生了并发修改。

在 Java 中,许多集合类(如 ArrayListHashMap 等)都不是线程安全的。如果一个线程在迭代集合的同时,另一个线程修改了该集合的结构(如添加、删除元素),就可能导致 ConcurrentModificationException 异常的抛出。

这种异常通常在使用迭代器遍历集合时发生,迭代器在创建时会记录集合的结构状态,如果在迭代期间发现集合结构已经发生了变化,就会抛出 ConcurrentModificationException

CopyOnWriteArrayList 和 Collections.synchronizedList都是 Java 中用于处理线程安全的列表操作的工具类,但它们在实现和适用场景上有一些区别。

CopyOnWriteArrayList

作用:

  • CopyOnWriteArrayList 是一种适合读操作远多于写操作的线程安全列表实现。
  • 写操作(如添加、修改、删除元素)会创建一个当前列表的副本,对副本进行操作,写操作完成后将副本替换原来的列表。这保证了写操作不会影响到正在进行的读操作,从而避免了并发修改异常 (ConcurrentModificationException)。

优点:

  • 适合读多写少的场景,因为读操作不需要加锁,性能较高。
  • 写操作通过复制数组来实现线程安全,避免了使用显式锁带来的性能损失。

缺点:

  • 写操作的性能相对较低,因为每次写操作都要复制整个数组。
  • 内存消耗较大,因为每次写操作都会复制数组。

示例用法:

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList; import java.util.List;  List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>(); list.add(1); list.add(2); list.add(3); // 在多线程环境中安全地进行读写操作 for (Integer num : list) {             System.out.println(num);      }       // 注意:不建议在迭代过程中进行写操作,因为迭代器不支持修改操作 

Collections.synchronizedList

作用:

  • Collections.synchronizedList 是通过包装普通的 ArrayList(或其他 List 实现)来生成线程安全的列表。
  • 它使用了一个对象级的锁(即在列表对象上加锁),来确保多个线程不能同时修改列表,从而保证线程安全。

优点:

  • 相对于 CopyOnWriteArrayList,它在写操作时不需要复制整个数组,因此写操作的性能可能会更好一些。
  • 使用简单,通过静态方法 Collections.synchronizedList 就可以获取线程安全的列表。

缺点:

  • 在高并发环境下,由于使用了对象级的锁,可能会造成性能瓶颈。
  • 需要手动管理使用到的锁,编写代码时需要确保在所有访问列表的地方都正确地加锁。

示例用法:

import java.util.Collections; import java.util.List; import java.util.ArrayList;  List<Integer> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()); list.add(1); list.add(2); list.add(3); // 手动在多线程环境中通过 synchronized 同步块或方法来安全地访问 list  synchronized (list) {     for (Integer num : list) {          System.out.println(num);      }  }

区别比较

  1. 性能特征

    • CopyOnWriteArrayList 适合读多写少的场景,读操作高效,写操作较慢(读操作访问同一份列表,不加锁)。
    • Collections.synchronizedList 在写操作的性能上可能会优于 CopyOnWriteArrayList,但在高并发情况下可能引入较大的性能开销(读写操作都加上锁)。
  2. 内部实现

    • CopyOnWriteArrayList 写操作通过复制数组来实现线程安全。
    • Collections.synchronizedList 使用 synchronized 关键字或者内部锁来保证线程安全。
  3. 使用方式

    • CopyOnWriteArrayList 直接使用构造函数或者 add 等方法来操作列表,不需要额外的同步控制。
    • Collections.synchronizedList 需要在使用时通过 synchronized 关键字或者同步块来手动管理线程安全。

选择合适的列表实现

  • 读多写少:推荐使用 CopyOnWriteArrayList,因为它可以提供较高的读取性能。
  • 读写操作均衡或者写多读少:考虑使用 Collections.synchronizedList 或其他更复杂的并发控制方式,根据具体情况选择合适的同步策略。

总结来说,根据应用场景和性能要求选择合适的线程安全列表实现,能够有效地避免并发访问带来的问题。

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