CopyOnWrite并發(fā)集合

2019-11-14 08:48:40

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供稿：網(wǎng)友

Copy-On-Write簡(jiǎn)稱COW，是一種用于程序設(shè)計(jì)中的優(yōu)化策略。其基本思路是，從一開始大家都在共享同一個(gè)內(nèi)容，當(dāng)某個(gè)線程想要修改這個(gè)內(nèi)容的時(shí)候，才會(huì)真正把內(nèi)容Copy出去形成一個(gè)新的內(nèi)容然后再改，這是一種延時(shí)懶惰策略。從JDK1.5開始java并發(fā)包里提供了兩個(gè)使用CopyOnWrite機(jī)制實(shí)現(xiàn)的并發(fā)容器,它們是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。CopyOnWrite容器非常有用，可以在非常多的并發(fā)場(chǎng)景中使用到。

什么是CopyOnWrite容器

　　CopyOnWrite容器即寫時(shí)復(fù)制的容器。通俗的理解是當(dāng)我們往一個(gè)容器添加元素的時(shí)候，不直接往當(dāng)前容器添加，而是先將當(dāng)前容器進(jìn)行Copy，復(fù)制出一個(gè)新的容器，然后往新的容器里添加元素，添加完元素之后，再將原容器的引用指向新的容器。這樣做的好處是我們可以對(duì)CopyOnWrite容器進(jìn)行并發(fā)的讀，而不需要加鎖，因?yàn)楫?dāng)前容器不會(huì)添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一種讀寫分離的思想，讀和寫不同的容器。

CopyOnWriteArrayList實(shí)現(xiàn)原理

　　在使用CopyOnWriteArrayList之前，我們先閱讀其源碼了解下它是如何實(shí)現(xiàn)的。以下代碼是向CopyOnWriteArrayList中add方法的實(shí)現(xiàn)（向CopyOnWriteArrayList里添加元素），可以發(fā)現(xiàn)在添加的時(shí)候是需要加鎖的，否則多線程寫的時(shí)候會(huì)Copy出N個(gè)副本出來。

 /**     * Appends the specified element to the end of this list.     *     * @param e element to be appended to this list     * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})     */	// 在向CopyOnWriteArrayList中添加元素的時(shí)候加鎖。    public boolean add(E e) {		//獲取鎖        final ReentrantLock lock = this.lock;		//加鎖，保證原子性和可見性。        lock.lock();        try {			//引用變量指向?qū)ο蟆?           Object[] elements = getArray();			//數(shù)組長(zhǎng)度            int len = elements.length;			//創(chuàng)建新數(shù)組，長(zhǎng)度在原來基礎(chǔ)上加一            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);			//賦值            newElements[len] = e;			//給array賦值。            setArray(newElements);            return true;        } finally {			//釋放鎖資源            lock.unlock();        }    }　讀的時(shí)候不需要加鎖，如果讀的時(shí)候有多個(gè)線程正在向CopyOnWriteArrayList添加數(shù)據(jù)，讀還是會(huì)讀到舊的數(shù)據(jù)，因?yàn)閷懙臅r(shí)候不會(huì)鎖住舊的CopyOnWriteArrayList。 /**     * {@inheritDoc}     *     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}     */	 //讀的時(shí)候不加鎖    public E get(int index) {        return get(getArray(), index);    }　CopyOnWrite 容器的應(yīng)用場(chǎng)景　　CopyOnWrite并發(fā)容器用于讀多寫少的并發(fā)場(chǎng)景。比如白名單，黑名單，商品類目的訪問和更新場(chǎng)景，假如我們有一個(gè)搜索網(wǎng)站，用戶在這個(gè)網(wǎng)站的搜索框中，輸入關(guān)鍵字搜索內(nèi)容，但是某些關(guān)鍵字不允許被搜索。這些不能被搜索的關(guān)鍵字會(huì)被放在一個(gè)黑名單當(dāng)中，黑名單每天晚上更新一次。當(dāng)用戶搜索時(shí)，會(huì)檢查當(dāng)前關(guān)鍵字在不在黑名單當(dāng)中，如果在，則提示不能搜索。實(shí)現(xiàn)代碼如下：
package com.ifeve.book; import java.util.Map; import com.ifeve.book.forkjoin.CopyOnWriteMap; /** * 黑名單服務(wù) * * @author fangtengfei * */public class BlackListServiceImpl {     PRivate static CopyOnWriteMap<String, Boolean> blackListMap = new CopyOnWriteMap<String, Boolean>(            1000);     public static boolean isBlackList(String id) {        return blackListMap.get(id) == null ? false : true;    }     public static void addBlackList(String id) {        blackListMap.put(id, Boolean.TRUE);    }     /**     * 批量添加黑名單     *     * @param ids     */    public static void addBlackList(Map<String,Boolean> ids) {        blackListMap.putAll(ids);    } }
　代碼很簡(jiǎn)單，但是使用CopyOnWriteMap需要注意兩件事情：
　　1. 減少擴(kuò)容開銷。根據(jù)實(shí)際需要，初始化CopyOnWriteMap的大小，避免寫時(shí)CopyOnWriteMap擴(kuò)容的開銷。
　　2. 使用批量添加。因?yàn)槊看翁砑樱萜髅看味紩?huì)進(jìn)行復(fù)制，所以減少添加次數(shù)，可以減少容器的復(fù)制次數(shù)。如使用上面代碼里的addBlackList方法。
CopyOnWrite容器的缺點(diǎn)
　　CopyOnWrite容器有很多優(yōu)點(diǎn)，但是同時(shí)也存在兩個(gè)問題，即內(nèi)存占用問題和數(shù)據(jù)一致性問題。所以在開發(fā)的時(shí)候需要注意一下。
　　內(nèi)存占用問題。因?yàn)镃opyOnWrite的寫時(shí)復(fù)制機(jī)制，所以在進(jìn)行寫操作的時(shí)候，內(nèi)存里會(huì)同時(shí)駐扎兩個(gè)對(duì)象的內(nèi)存，舊的對(duì)象和新寫入的對(duì)象（注意:在復(fù)制的時(shí)候只是復(fù)制容器里的引用，只是在寫的時(shí)候會(huì)創(chuàng)建新對(duì)象添加到新容器里，而舊容器的對(duì)象還在使用，所以有兩份對(duì)象內(nèi)存）。如果這些對(duì)象占用的內(nèi)存比較大，比如說200M左右，那么再寫入100M數(shù)據(jù)進(jìn)去，內(nèi)存就會(huì)占用300M，那么這個(gè)時(shí)候很有可能造成頻繁的Yong GC和Full GC。之前我們系統(tǒng)中使用了一個(gè)服務(wù)由于每晚使用CopyOnWrite機(jī)制更新大對(duì)象，造成了每晚15秒的Full GC，應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間也隨之變長(zhǎng)。
　　針對(duì)內(nèi)存占用問題，可以通過壓縮容器中的元素的方法來減少大對(duì)象的內(nèi)存消耗，比如，如果元素全是10進(jìn)制的數(shù)字，可以考慮把它壓縮成36進(jìn)制或64進(jìn)制。或者不使用CopyOnWrite容器，而使用其他的并發(fā)容器，如ConcurrentHashMap。
　　數(shù)據(jù)一致性問題。CopyOnWrite容器只能保證數(shù)據(jù)的最終一致性，不能保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)一致性。所以如果你希望寫入的的數(shù)據(jù)，馬上能讀到，請(qǐng)不要使用CopyOnWrite容器。
使用CopyOnWrite容器時(shí)注意：
1、CopyOnWrite 容器的迭代器是不具有remove功能的即在迭代器中不能使用remove()方法進(jìn)行刪除而ArrayList、LinkedList是可以的，通過Collections.synchronized()來創(chuàng)建的線程安全的容器也是可以的。
2、List的線程安全容器Vector 也是可以使用迭代器的remove()方法進(jìn)行刪除的。
原文鏈接：http://ifeve.com/java-copy-on-write/
參考文章：http://www.companysz.com/dolphin0520/p/3938914.html