面试题：Java Collections框架中，CopyOnWriteArrayList与Vector在同步机制上的区别？

Question

CopyOnWriteArrayList和Vector都是Java Collections框架中线程安全的List实现。请深入分析它们在同步机制、性能、适用场景等方面的区别，并举例说明在何种情况下应优先选择使用哪一个。

Answer 1

同步机制

• CopyOnWriteArrayList：采用写时复制的策略。在执行写操作（如add、set等）时，会先复制一份原数组，在新数组上进行操作，操作完成后将原数组引用指向新数组。读操作（如get）则直接读取原数组，无需加锁。这使得读操作是线程安全且无锁的，提高了读性能。
• Vector：使用synchronized关键字对几乎所有的方法（如add、get、remove等）进行同步，确保同一时间只有一个线程能访问Vector，实现线程安全。

性能

• 读性能：
  • CopyOnWriteArrayList：由于读操作无锁，在高并发读场景下性能非常好。读操作不会被写操作阻塞。
  • Vector：由于方法都加锁，读操作会受锁的影响，在高并发读场景下性能不如CopyOnWriteArrayList。
• 写性能：
  • CopyOnWriteArrayList：写操作时要复制数组，开销较大，尤其是数组元素较多时。每次写操作都要进行数组复制和内存分配，性能较低。
  • Vector：虽然写操作加锁，但相比CopyOnWriteArrayList不需要复制数组，在写操作不频繁时，性能可能优于CopyOnWriteArrayList。

适用场景

• CopyOnWriteArrayList：适用于读多写少的场景，例如配置信息的读取，数据一旦初始化很少修改，但可能被多个线程频繁读取。
• Vector：适用于读写比较均衡，或者写操作相对较多，且对数据一致性要求较高的场景。比如在一些简单的多线程数据处理场景，对性能要求不是极致高，同时需要保证数据一致性。

举例

假设我们有一个应用程序，需要维护一个全局的配置信息列表，这个列表在系统启动时初始化，之后很少修改，但在运行过程中会被大量线程频繁读取。这种情况下优先选择CopyOnWriteArrayList。

示例代码：

import java.util.List;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class ConfigReader {
    private static final List<String> configList = new CopyOnWriteArrayList<>();

    static {
        // 初始化配置
        configList.add("config1");
        configList.add("config2");
    }

    public static String getConfig(int index) {
        return configList.get(index);
    }
}

如果是一个简单的多线程任务队列，任务的添加和获取操作频率差不多，且需要严格保证数据一致性，那么选择Vector更合适。

示例代码：

import java.util.List;
import java.util.Vector;

public class TaskQueue {
    private static final List<String> taskList = new Vector<>();

    public static void addTask(String task) {
        taskList.add(task);
    }

    public static String getTask() {
        if (!taskList.isEmpty()) {
            return taskList.remove(0);
        }
        return null;
    }
}