CopyOnWriteArrayList 指南

1. 概述

本文将深入探讨 java.util.concurrent 包中的 CopyOnWriteArrayList。这个并发集合类在多线程编程中非常实用，特别适合需要线程安全遍历列表且无需显式同步的场景。

2. CopyOnWriteArrayList API

CopyOnWriteArrayList 的设计采用了巧妙的"写时复制"机制实现线程安全：

• ✅ 核心原理：调用 add() 或 remove() 等修改方法时，会创建底层数组的全新副本
• ✅ 遍历安全：迭代操作基于创建迭代器时的不可变快照，即使其他线程并发修改也不受影响
• ⚠️ 性能权衡：修改操作需复制整个数组，适合读多写少的场景。频繁修改会导致性能下降

// 创建迭代器时获取数据快照
Iterator<String> iterator = list.iterator(); 
// 后续修改不影响已创建的迭代器
list.add("new element"); 

3. 在插入时迭代 CopyOnWriteArrayList

通过示例理解其行为：

CopyOnWriteArrayList<Integer> numbers 
  = new CopyOnWriteArrayList<>(new Integer[]{1, 3, 5, 8});

// 创建迭代器（获取当前快照）
Iterator<Integer> iterator = numbers.iterator();

// 添加新元素（创建新数组副本）
numbers.add(10);

// 迭代快照中不包含新元素
List<Integer> result = new LinkedList<>();
iterator.forEachRemaining(result::add);
assertThat(result).containsOnly(1, 3, 5, 8); // ✅ 不包含10

// 新迭代器包含所有元素
Iterator<Integer> iterator2 = numbers.iterator();
List<Integer> result2 = new LinkedList<>();
iterator2.forEachRemaining(result2::add);
assertThat(result2).containsOnly(1, 3, 5, 8, 10); // ✅ 包含10

关键点：

• 迭代器基于创建时刻的数据快照
• 后续修改不影响已存在的迭代器
• 新迭代器反映最新数据状态

4. 迭代时不允许删除

CopyOnWriteArrayList 的迭代器是只读的，尝试删除会抛出异常：

@Test(expected = UnsupportedOperationException.class)
public void whenIterateOverItAndTryToRemoveElement_thenShouldThrowException() {
    
    CopyOnWriteArrayList<Integer> numbers
      = new CopyOnWriteArrayList<>(new Integer[]{1, 3, 5, 8});

    Iterator<Integer> iterator = numbers.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        iterator.remove(); // ❌ 抛出 UnsupportedOperationException
    }
}

⚠️ 踩坑提醒：不要在迭代时尝试删除元素，这是设计限制而非 bug

5. 总结

CopyOnWriteArrayList 的核心价值在于：

• ✅ 线程安全遍历：无需同步即可安全迭代
• ✅ 弱一致性：迭代器反映创建时的数据状态
• ❌ 写操作昂贵：每次修改都复制整个数组

适用场景：

• 事件监听器管理
• 配置信息存储
• 读操作远多于写操作的场景

完整示例代码可在 GitHub 项目 中获取（Maven 项目，可直接导入运行）。