面试题：Java并发集合类CopyOnWriteArrayList性能优化场景

Question

在哪些场景下使用CopyOnWriteArrayList能带来显著的性能提升？请结合其读写操作机制说明在高读低写和高写低读场景下的性能表现及原因。

Answer 1

性能提升场景

1. 读多写少场景：当系统中对集合的读取操作远远多于写入操作时，CopyOnWriteArrayList 能带来显著性能提升。例如，在一些配置信息的存储场景中，配置信息在系统启动时被加载到 CopyOnWriteArrayList 中，后续运行过程中基本只进行读取操作，很少进行修改。
2. 多线程并发读取场景：在多线程环境下，如果主要操作是读取集合元素，CopyOnWriteArrayList 可提高并发性能。因为其读操作不会加锁，多个线程可以同时读取，不会发生线程阻塞。

高读低写场景性能表现及原因

1. 性能表现：读操作性能极高，写操作性能相对较低，但整体性能在这种场景下较好。
2. 原因：
   • 读操作：CopyOnWriteArrayList 的读操作直接从原数组读取数据，无需加锁，这使得读操作的时间复杂度为 O(1)，多个线程能并行读取，极大提高了读操作的效率。
   • 写操作：写操作（如 add、set 等）时，会先复制当前数组，在新数组上进行修改操作，最后将原数组引用指向新数组。这一系列操作涉及数组复制，开销较大，时间复杂度为 O(n)，其中 n 为数组元素个数。不过由于写操作少，对整体性能影响不大。

高写低读场景性能表现及原因

1. 性能表现：写操作性能较差，读操作由于写操作引发的数组复制可能有短暂停顿，整体性能不佳。
2. 原因：
   • 写操作：每次写操作都要进行数组复制，随着元素增多，数组复制的开销越来越大，导致写操作性能低下。
   • 读操作：虽然读操作本身无锁，但写操作完成数组复制后，读操作可能会读取到新数组，在切换瞬间可能有短暂停顿，影响读操作的连贯性，尤其在写操作频繁时，这种影响更为明显。