CopyOnWriteArrayList内存占用过多

大家好，我是哪吒。

一、CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList是Java中的一个线程安全的ArrayList，它在每次修改时都会创建一个新的数组，并将原数组的引用赋值给新数组，从而达到线程安全的目的。由于它不断地创建新的数组并保留旧数组，因此内存占用可能会比较多。

CopyOnWriteArrayList具有以下特点：

1. 线程安全：CopyOnWriteArrayList使用读写锁来确保并发访问时的线程安全性，因此可以在多线程环境下使用。
2. 内存占用较高：由于它在每次修改操作时都会创建一个新的数组，并且会保留旧数组，因此内存占用可能会比较多。
3. 适合读密集型应用：由于它只会在写操作时进行数组复制，因此对于读密集型的应用，使用CopyOnWriteArrayList可以减少锁竞争，提高并发性能。
4. 不支持写操作：CopyOnWriteArrayList不支持add()和remove()方法，因为这些操作需要修改底层数组，从而导致所有线程都看到不一致的结果。因此，如果需要执行写操作，可以考虑使用其他的线程安全的数据结构，如Collections.synchronizedList()。

总之，CopyOnWriteArrayList适合读密集型应用，并且在写操作时需要注意内存占用问题。如果需要执行写操作，可以考虑使用其他的线程安全的数据结构。

二、CopyOnWriteArrayList的适用场景

CopyOnWriteArrayList主要适用于读多写少的场景，例如配置信息、缓存等数据的读取和更新操作。由于写操作的时候会进行数组复制，会消耗内存，如果原数组的内容比较多的情况下可能导致young gc或者full gc。因此，对于读操作非常频繁，而写操作相对较少的场景，使用CopyOnWriteArrayList可以提供较好的并发性能和线程安全性。

需要注意的是，CopyOnWriteArrayList在写操作中使用了ReentrantLock锁来保证线程安全，并替换原array属性；但是在读的时候直接读取array，可能会发生在写操作替换array前后，从而引发数据不一致的问题。因此，在使用CopyOnWriteArrayList时需要注意以下几点：

1. 如果写操作未完成，那么直接读取原数组的数据是不一致的。
2. 如果写操作完成，但是引用还未指向新数组，那么也是读取原数组数据是不一致的。
3. 如果写操作完成，并且引用已经指向了新的数组，那么直接从新数组中读取数据是一致的。

总之，CopyOnWriteArrayList适用于读多写少且数据一致性要求较高的场景。

三、CopyOnWriteArrayList内存占用过多的解决方法

1. 尽量避免在CopyOnWriteArrayList中进行频繁的修改操作。如果可能的话，可以尝试将这些修改操作集中在一起进行，从而减少数组的创建和销毁次数。
2. 使用其他的线程安全的数据结构，比如Collections.synchronizedList()。这种数据结构使用的内存开销通常比CopyOnWriteArrayList小。
3. 如果必须要使用CopyOnWriteArrayList，可以使用WeakReference来减少内存占用。具体来说，可以将数组元素使用WeakReference管理，当数组不再被引用时，垃圾回收器可以将其回收，从而释放内存。

另外，你还可以通过查看JVM的内存快照（比如使用jstat工具）来分析内存占用过多的原因。这可以帮助你更好地了解内存占用情况并采取相应的措施。

四、CopyOnWriteArrayList.add()源码分析

public boolean add(E e) {
	// 获取独占锁
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
    	// 获取array
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        // 复制array到新数组，添加元素到新数组
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        newElements[len] = e;
        // 替换数组
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
	    // 释放锁
        lock.unlock();
    }
}

CopyOnWriteArrayList内部定义了一个内部array数组，然后复制array到新数组，添加元素到新数组。所有的读操作都是基于新的array对象进行的。

private transient volatile Object[] array;

final Object[] getArray() {
    return array;
}

因为上了独占锁ReentrantLock，如果多个线程调用add()方法，只会有一个线程会获得到该锁，其他线程被阻塞，直至锁被释放， 由于加了锁，所以整个操作的过程是原子性操作。

由于每次写入的时候都会对数组对象进行复制，复制过程不仅会占用双倍内存，还需要消耗 CPU 等资源，如果要保存大量元素，并放任其成长，内存和CPU将面临重大考验，场面堪比金角巨兽，后果不堪设想。

对 CopyOnWriteArrayList 每一次修改，都会重新创建一个大对象，并且原来的大对象也需要回收，这都可能会触发 GC，如果超过老年代的大小则容易触发Full GC，引起应用程序长时间停顿。

哪吒多年工作总结：Java学习路线总结，搬砖工逆袭Java架构师。