如何基于AtomicReference实现ArrayList的原子contains操作（非全锁/非线程安全集合）

核心思路 #

由于ArrayList本身并非线程安全，直接在共享实例上执行add/contains会引发并发问题（比如遍历期间结构修改抛出ConcurrentModificationException，或出现数据不一致）。借助AtomicReference的原子性引用更新特性，我们可以通过**写时复制（Copy-On-Write）**模式实现线程安全，同时避免全局锁。

原子性contains()操作的实现 #

要原子性执行contains()，核心是获取一个固定的ArrayList快照，再基于这个快照完成查询——一旦拿到快照引用，后续AtomicReference中的列表被修改也不会影响当前查询，保证了查询操作基于某个时刻的列表状态完整执行，天然具备原子性。

具体实现非常直接：

• 通过AtomicReference的get()方法原子性获取当前列表的引用
• 在该引用指向的列表实例上执行contains(givenElement)

这里完全不需要compareAndSet()，因为读操作不需要修改引用，只需要原子性拿到当前有效的列表实例即可。只要写操作遵循写时复制逻辑，读操作拿到的永远是一个结构稳定的快照（写操作不会修改原列表，只会替换整个引用）。

原子性add()操作的实现 #

为了配合读操作的原子性，写操作必须遵循写时复制逻辑：

1. 获取当前AtomicReference中的列表引用
2. 创建该列表的副本（如new ArrayList<>(currentList)）
3. 向副本中添加新元素
4. 通过compareAndSet(currentList, copyList)原子性替换原引用；如果期间有其他线程修改了原引用，则重复上述步骤循环重试

代码示例 #

import java.util.ArrayList;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class AtomicArrayListDemo {
    private final AtomicReference<ArrayList<String>> listRef = new AtomicReference<>(new ArrayList<>());

    // 原子性添加元素
    public void add(String element) {
        while (true) {
            ArrayList<String> current = listRef.get();
            ArrayList<String> newList = new ArrayList<>(current);
            newList.add(element);
            // CAS替换成功则退出循环
            if (listRef.compareAndSet(current, newList)) {
                break;
            }
            // 失败说明有其他线程修改了引用，重试
        }
    }

    // 原子性执行contains查询
    public boolean contains(String element) {
        // 原子性获取快照后执行查询
        ArrayList<String> current = listRef.get();
        return current.contains(element);
    }
}

关键说明 #

• 为什么contains不需要CAS？：get()是原子操作，拿到的current引用对应某个时刻的列表实例，这个实例不会被任何线程修改（所有写操作都基于副本完成后替换引用），因此在current上执行contains是安全的，不会出现并发修改问题。
• 适用场景：这种模式适合读多写少的场景，因为写操作需要复制整个列表，写频繁时开销会较高。
• 一致性保证：提供最终一致性而非强一致性——线程执行add后，其他线程需等待CAS替换完成才能看到新元素，但每个读操作看到的都是一个状态一致的列表快照。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Rahul Raj