关于java CopyOnWriteArrayList 性能测试
来源:互联网 发布:c51单片机计算器 编辑:程序博客网 时间:2024/06/09 07:03
对比CopyOnWriteArrayList与ArrayList在添加数据这个方法的性能
首先,让我们了解下关于CopyOnWrite的相关知识,以下转自酷壳-CoolShell(备注,强烈推荐此博客)
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ArrayList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。
public boolean add(T e) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; // 复制出新数组 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); // 把新元素添加到新数组里 newElements[len] = e; // 把原数组引用指向新数组 setArray(newElements); return true; } finally { lock.unlock(); }}final void setArray(Object[] a) { array = a;}
读的时候不需要加锁,如果读的时候有多个线程正在向ArrayList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ArrayList。
<pre name="code" class="java">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份对象的内存。如果这个对象占用的内存比较大,比如说200M左右,那么这个时候很有可能造成频繁的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RT(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。
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。
关于C++的STL中,曾经也有过Copy-On-Write的玩法,参见陈皓的《C++ STL String类中的Copy-On-Write》,后来,因为有很多线程安全上的事,就被去掉了。
接下来,我们对比CopyOnWriteArrayList与ArrayList在添加数据这个方法的性能,以下是java代码
import java.util.ArrayList;import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;public class TestForCopyOnWrite {public static void main(String[] args) {System.gc();CopyOnWriteArrayList<Integer> cowal = new CopyOnWriteArrayList<Integer>();ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();int count = 500;long time1 = System.currentTimeMillis();while (System.currentTimeMillis() - time1 < count) {cowal.add(1);}time1 = System.currentTimeMillis();while (System.currentTimeMillis() - time1 < count) {list.add(1);}System.out.println("CopyOnWriteArrayList在" + count + "毫秒时间内添加元素个数为: "+ cowal.size());System.out.println("ArrayList在" + count + "毫秒时间内添加元素个数为: "+ list.size());System.gc();}}
</pre><pre code_snippet_id="381217" snippet_file_name="blog_20140607_3_7379366" name="code" class="html">
实验结果:
CopyOnWriteArrayList在500毫秒时间内添加元素个数为: 27346
ArrayList在500毫秒时间内添加元素个数为: 10097548结论:
可以看得出,在添加元素时,由于CopyOnWriteArrayList不断的进行复制动作,导致性能相比于ArrayList差得多。
(注:第一次写博客,有什么不足之处请多多包涵)
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