Java CopyOnWriteArraySet如何保证线程安全

CopyOnWriteArraySet 是 Java 中用于在多线程环境下安全操作集合的一种实现。它之所以能保证线程安全，核心机制在于其底层依赖了 CopyOnWriteArrayList。

基于写时复制（Copy-On-Write）机制

CopyOnWriteArraySet 并没有直接实现自己的线程安全逻辑，而是内部持有一个 CopyOnWriteArrayList 对象，并通过它来存储元素。所有对集合的修改操作（如 add、remove）都会触发“写时复制”机制：

• 每当有线程尝试修改集合时，系统会创建底层数组的一个新副本。
• 修改操作在新副本上进行，原数组保持不变。
• 修改完成后，原子地将内部引用指向新数组。

由于读操作不需要加锁，始终读取的是当前快照，而写操作彼此之间是互斥且独立作用于新副本，因此避免了读写冲突，也防止了并发修改异常（ConcurrentModificationException）。

利用内部集合去重保障 Set 特性

CopyOnWriteArraySet 借助 CopyOnWriteArrayList 存储数据，但 Set 要求元素唯一。其实现方式是在添加元素时，先检查是否已存在该元素：

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• 调用 add(E e) 方法时，会遍历当前数组判断元素是否已存在。
• 只有当元素不存在时，才会执行写时复制流程，添加新元素。

这一过程虽然在高并发下可能多个线程同时进入判断，但由于写操作是加锁并复制的，最终只会有一个写结果生效，从而保证了元素的唯一性。

读操作完全无锁，写操作互斥

该集合适用于读多写少的场景：

• 读操作（如 contains、迭代）不加锁，性能高，不会阻塞。
• 写操作（add、remove）使用可重入锁（ReentrantLock）互斥执行，确保同一时间只有一个线程能修改集合。

正因为写操作需要复制整个数组，所以频繁写入会导致性能下降和内存开销增大，但在读远大于写的并发场景中表现良好。

基本上就这些。CopyOnWriteArraySet 通过封装 CopyOnWriteArrayList，结合写时复制和加锁机制，在保证线程安全的同时维持了 Set 的语义，适合特定并发读多写少的使用场景。

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