CopyOnWriteArrayList并發(fā)容器

Copy-On-Write簡(jiǎn)稱(chēng)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(kāi)始大家都在共享同一個(gè)內(nèi)容，當(dāng)某個(gè)人想要修改這個(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(kāi)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(xiě)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(xiě)分離的思想，讀和寫(xiě)不同的容器。

CopyOnWriteArrayList的實(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(xiě)的時(shí)候會(huì)Copy出N個(gè)副本出來(lái)。

public boolean add(E e) {
 final ReentrantLock lock = this.lock;
 lock.lock();
 try {
 Object[] elements = getArray();
 int len = elements.length;
 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
 newElements[len] = e;
 setArray(newElements);
 return true;
 } finally {
 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?xiě)的時(shí)候不會(huì)鎖住舊的CopyOnWriteArrayList。

public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}

JDK中并沒(méi)有提供CopyOnWriteMap，我們可以參考CopyOnWriteArrayList來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)，基本代碼如下：

import java.util.Collection;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
 
public class CopyOnWriteMap<K, V> implements Map<K, V>, Cloneable {
 private volatile Map<K, V> internalMap;
 
 public CopyOnWriteMap() {
 internalMap = new HashMap<K, V>();
 }
 
 public V put(K key, V value) {
 
 synchronized (this) {
  Map<K, V> newMap = new HashMap<K, V>(internalMap);
  V val = newMap.put(key, value);
  internalMap = newMap;
  return val;
 }
 }
 
 public V get(Object key) {
 return internalMap.get(key);
 }
 
 public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> newData) {
 synchronized (this) {
  Map<K, V> newMap = new HashMap<K, V>(internalMap);
  newMap.putAll(newData);
  internalMap = newMap;
 }
 }
}

實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，只要了解了CopyOnWrite機(jī)制，我們可以實(shí)現(xiàn)各種CopyOnWrite容器，并且在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中使用。

CopyOnWrite的應(yīng)用場(chǎng)景

CopyOnWrite并發(fā)容器用于讀多寫(xiě)少的并發(fā)場(chǎng)景。比如白名單，黑名單，商品類(lèi)目的訪問(wèn)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(kāi)銷(xiāo)。根據(jù)實(shí)際需要，初始化CopyOnWriteMap的大小，避免寫(xiě)時(shí)CopyOnWriteMap擴(kuò)容的開(kāi)銷(xiāo)。

2. 使用批量添加。因?yàn)槊看翁砑?，容器每次都?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(wèn)題，即內(nèi)存占用問(wèn)題和數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題。所以在開(kāi)發(fā)的時(shí)候需要注意一下。

內(nèi)存占用問(wèn)題。因?yàn)镃opyOnWrite的寫(xiě)時(shí)復(fù)制機(jī)制，所以在進(jìn)行寫(xiě)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(xiě)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(xiě)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(shuō)200M左右，那么再寫(xiě)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(wèn)題，可以通過(guò)壓縮容器中的元素的方法來(lái)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(wèn)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(xiě)入的的數(shù)據(jù)，馬上能讀到，請(qǐng)不要使用CopyOnWrite容器。

以上這篇基于CopyOnWriteArrayList并發(fā)容器(實(shí)例講解)就是小編分享給大家的全部?jī)?nèi)容了，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。