Java多接收器长流写入场景的线程安全优化方案咨询

我正在开发一套对讲系统，扬声器需要根据注册接收器数量以及用户按键选择的目标，向多个Socket传输连续的音视频字节流。

我维护了一个监听地址列表，通过发送线程向每个地址写入数据；同时还有另一个线程负责监控硬件与网络通信，对列表中的地址进行增删操作。

发送线程会持续循环从输入设备读取数据流，然后向列表内的所有地址发送数据，几乎全程都要访问这个列表。目前我用的是加了同步锁的ArrayList，但同步块几乎每次循环都要获取锁，开销极高，而实际上列表的修改频率很低。

由于传输的是微块数据，少量丢包是可以接受的，所以竞态条件不是问题。现在想寻求更优的实现方案。

// 该列表可能随时被其他线程修改
ArrayList<InetSocketAddress> currentReceivers = new ArrayList<>(); 
.
.

public void run()
{
.
.
    byte[] toSend = new byte[bufferSize];
    
    DatagramPacket d = new DatagramPacket(toSend,bufferSize);
    
    while(!bTerminating)
    {               
        int actuallyRead = myMicrophoneLine.read(toSend, 0, bufferSize);

        d.setData(toSend,0,actuallyRead);

        synchronized (currentReceivers) {

            for(InetSocketAddress addr:currentReceivers)
            {
                d.setSocketAddress(addr);               

                try {
                    socket.send(d);
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        
    }
.
.
.
}

优化方案建议 #

• 使用CopyOnWriteArrayList替代同步ArrayList：
  这个容器的核心特性是，每次修改操作（增/删）都会复制一份新的底层数组，读操作完全不需要加锁。正好匹配你的场景：列表修改频率极低，读操作（发送时遍历列表）非常频繁。发送线程遍历的始终是当前列表的快照，即使遍历过程中列表被修改，也只会用到修改前的地址，少量丢包完全在可接受范围内，完美契合你的需求。替换后可以直接去掉synchronized块，代码更简洁，性能开销大幅降低。

• 手动快照优化：
  如果不想引入CopyOnWriteArrayList，也可以手动在每次发送前获取列表的快照。比如在同步块里只做一次列表拷贝，然后遍历拷贝后的列表发送：

  List<InetSocketAddress> snapshot;
  synchronized (currentReceivers) {
      snapshot = new ArrayList<>(currentReceivers);
  }
  for(InetSocketAddress addr : snapshot) {
      d.setSocketAddress(addr);               
      try {
          socket.send(d);
      } catch (IOException e) {
          e.printStackTrace();
      }
  }
  

  这样同步块的执行时间大幅缩短，只做拷贝操作，而遍历发送的过程不需要加锁，能减少锁的持有时间，降低开销。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Allahjane