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

news 2025/7/5 3:38:30

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 ArrayList, HashMap 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 listsynchronized (list) {for (Integer num : list) {System.out.println(num);}}

区别比较

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）。

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。

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。