Java并发编程:并发容器之CopyOnWriteArrayList(转载)
  fztgkkRjHIsV 2023年11月09日 19 0


Java并发编程:并发容器之CopyOnWriteArrayList(转载)

  

  Copy-On-Write简称COW,是一种用于程序设计中的优化策略。其基本思路是,从一开始大家都在共享同一个内容,当某个人想要修改这个内容的时候,才会真正把内容Copy出去形成一个新的内容然后再改,这是一种延时懒惰策略。从JDK1.5开始Java并发包里提供了两个使用CopyOnWrite机制实现的并发容器,它们是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。CopyOnWrite容器非常有用,可以在非常多的并发场景中使用到。

什么是CopyOnWrite容器

  CopyOnWrite容器即写时复制的容器。通俗的理解是当我们往一个容器添加元素的时候,不直接往当前容器添加,而是先将当前容器进行Copy,复制出一个新的容器,然后新的容器里添加元素,添加完元素之后,再将原容器的引用指向新的容器。这样做的好处是我们可以对CopyOnWrite容器进行并发的读,而不需要加锁,因为当前容器不会添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想,读和写不同的容器。

CopyOnWriteArrayList的实现原理

  在使用CopyOnWriteArrayList之前,我们先阅读其源码了解下它是如何实现的。以下代码是向CopyOnWriteArrayList中add方法的实现(向CopyOnWriteArrayList里添加元素),可以发现在添加的时候是需要加锁的,否则多线程写的时候会Copy出N个副本出来。

/**         


                    * 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})         


                    */         


                    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();         


                    }         


                    }


   读的时候不需要加锁,如果读的时候有多个线程正在向CopyOnWriteArrayList添加数据,读还是会读到旧的数据,因为写的时候不会锁住旧的CopyOnWriteArrayList。

public           E get(          int           index) {         


                    return           get(getArray(), index);         


          }


   JDK中并没有提供CopyOnWriteMap,我们可以参考CopyOnWriteArrayList来实现一个,基本代码如下:

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;         


                    }         


                    }         


          }


   实现很简单,只要了解了CopyOnWrite机制,我们可以实现各种CopyOnWrite容器,并且在不同的应用场景中使用。

CopyOnWrite的应用场景

  CopyOnWrite并发容器用于读多写少的并发场景。比如白名单,黑名单,商品类目的访问和更新场景,假如我们有一个搜索网站,用户在这个网站的搜索框中,输入关键字搜索内容,但是某些关键字不允许被搜索。这些不能被搜索的关键字会被放在一个黑名单当中,黑名单每天晚上更新一次。当用户搜索时,会检查当前关键字在不在黑名单当中,如果在,则提示不能搜索。实现代码如下:

package           com.ifeve.book;         


                    


          import           java.util.Map;         


                    


          import           com.ifeve.book.forkjoin.CopyOnWriteMap;         


                    


          /**         


                    * 黑名单服务         


                    *         


                    * @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);         


                    }         


                    


                    /**         


                    * 批量添加黑名单         


                    *         


                    * @param ids         


                    */         


                    public           static           void           addBlackList(Map<String,Boolean> ids) {         


                    blackListMap.putAll(ids);         


                    }         


                    


          }


   代码很简单,但是使用CopyOnWriteMap需要注意两件事情:

  1. 减少扩容开销。根据实际需要,初始化CopyOnWriteMap的大小,避免写时CopyOnWriteMap扩容的开销。

  2. 使用批量添加。因为每次添加,容器每次都会进行复制,所以减少添加次数,可以减少容器的复制次数。如使用上面代码里的addBlackList方法。

CopyOnWrite的缺点

  CopyOnWrite容器有很多优点,但是同时也存在两个问题,即内存占用问题和数据一致性问题。所以在开发的时候需要注意一下。

  内存占用问题。因为CopyOnWrite的写时复制机制,所以在进行写操作的时候,内存里会同时驻扎两个对象的内存,旧的对象和新写入的对象(注意:在复制的时候只是复制容器里的引用,只是在写的时候会创建新对象添加到新容器里,而旧容器的对象还在使用,所以有两份对象内存)。如果这些对象占用的内存比较大,比如说200M左右,那么再写入100M数据进去,内存就会占用300M,那么这个时候很有可能造成频繁的Yong GC和Full GC。之前我们系统中使用了一个服务由于每晚使用CopyOnWrite机制更新大对象,造成了每晚15秒的Full GC,应用响应时间也随之变长。

  针对内存占用问题,可以通过压缩容器中的元素的方法来减少大对象的内存消耗,比如,如果元素全是10进制的数字,可以考虑把它压缩成36进制或64进制。或者不使用CopyOnWrite容器,而使用其他的并发容器,如ConcurrentHashMap

  数据一致性问题。CopyOnWrite容器只能保证数据的最终一致性,不能保证数据的实时一致性。所以如果你希望写入的的数据,马上能读到,请不要使用CopyOnWrite容器。

  

  下面这篇文章验证了CopyOnWriteArrayList和同步容器的性能:

  

  下面这篇文章简单描述了CopyOnWriteArrayList的使用:

  

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最后一次编辑于 2023年11月09日 0

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