并发容器之CopyOnWriteArrayList
来源:互联网 发布:必佳软件下载 编辑:程序博客网 时间:2024/05/16 09:29
前言
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; //复制一个新的数组 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); newElements[len] = e; //将引用指向新的数据 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。
/** * {@inheritDoc} * * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} */ 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:
package com.zeng.copyOnWrite;import java.util.Collection;import java.util.HashMap;import java.util.Map;import java.util.Set;/** * 方腾飞提供的copyOnWritMap * * @author leo-zeng * */public class CopyOnWriteMap<K,V> implements Map<K, V>,Cloneable { /** * 保证所有的线程都是可见的 */ private volatile Map<K,V> internalMap; public CopyOnWriteMap() { this.internalMap =new HashMap<K, V>(); } public CopyOnWriteMap(int i) { this.internalMap =new HashMap<K, V>(i); } @Override public int size() { return internalMap.size(); } @Override public boolean isEmpty() { return internalMap.isEmpty(); } @Override public boolean containsKey(Object key) { return internalMap.containsKey(key); } @Override public boolean containsValue(Object value) { return internalMap.containsKey(value); } @Override public V get(Object key) { //copyOnWrite 中对应的读,还是读取木有复制的map return internalMap.get(key); } @Override public V put(K key, V value) { //给该对象枷锁 synchronized (this) { //先复制出一个map Map<K,V> map =new HashMap<K, V>(internalMap); V val =map.put(key, value); //放好之后,再将引用指向新的地址 internalMap =map; return val; } } @Override public V remove(Object key) { synchronized (this) { //先复制出一个map Map<K,V> map =new HashMap<K, V>(internalMap); V val =map.remove(key); internalMap =map; //删好之后,再讲引用指向新的地址 return val; } } @Override public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) { //给该对象枷锁 synchronized (this) { //先复制出一个map Map<K,V> map =new HashMap<K, V>(internalMap); map.putAll(m); //放好之后,再将引用指向新的地址 internalMap =map; } } @Override public void clear() { } @Override public Set<K> keySet() { return internalMap.keySet(); } @Override public Collection<V> values() { return internalMap.values(); } @Override public Set<java.util.Map.Entry<K, V>> entrySet() { return internalMap.entrySet(); }}
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.zeng.copyOnWrite;import java.util.Map;/** * 方腾飞提供的实例: * 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。 * @author leo-zeng * */public class BlackListServiceImpl { //设置 private static CopyOnWriteMap<String, Boolean> blackListMap = new CopyOnWriteMap<String, Boolean>(1000); /** * 是否在黑名单中 * @param keyId */ public static boolean isInBlackList(String keyId){ return blackListMap.get(keyId)==null?false:true; } /** * 添加到黑名单中 * @param keyId */ public static void addBlackList(String keyId){ blackListMap.put(keyId, Boolean.TRUE); } /** * 批量添加到黑名单中 * @param m */ public static void addAllBlackList(Map<String,Boolean> m){ blackListMap.putAll(m); }}
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。
注:本文转自并发编程网http://ifeve.com/java-copy-on-write/
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