Java并發編程：并發容器之CopyOnWriteArrayList（轉載）

　　原文鏈接：

　　http://ifeve.com/java-copy-on-write/

　　

　　Copy-On-Write簡稱COW，是一種用于程序設計中的優化策略。其基本思路是，從一開始大家都在共享同一個內容，當某個人想要修改這個內容的時候，才會真正把內容Copy出去形成一個新的內容然后再改，這是一種延時懶惰策略。從JDK1.5開始Java并發包里提供了兩個使用CopyOnWrite機制實現的并發容器,它們是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。CopyOnWrite容器非常有用，可以在非常多的并發場景中使用到。

什么是CopyOnWrite容器

　　CopyOnWrite容器即寫時復制的容器。通俗的理解是當我們往一個容器添加元素的時候，不直接往當前容器添加，而是先將當前容器進行Copy，復制出一個新的容器，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CopyOnWrite容器進行并發的讀，而不需要加鎖，因為當前容器不會添加任何元素。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的實現原理

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

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/** ?????* 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(); ????} ????}

?　　讀的時候不需要加鎖，如果讀的時候有多個線程正在向CopyOnWriteArrayList添加數據，讀還是會讀到舊的數據，因為寫的時候不會鎖住舊的CopyOnWriteArrayList。

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

?　　JDK中并沒有提供CopyOnWriteMap，我們可以參考CopyOnWriteArrayList來實現一個，基本代碼如下：

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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; ????????} ????} }

?　　實現很簡單，只要了解了CopyOnWrite機制，我們可以實現各種CopyOnWrite容器，并且在不同的應用場景中使用。

CopyOnWrite的應用場景

　　CopyOnWrite并發容器用于讀多寫少的并發場景。比如白名單，黑名單，商品類目的訪問和更新場景，假如我們有一個搜索網站，用戶在這個網站的搜索框中，輸入關鍵字搜索內容，但是某些關鍵字不允許被搜索。這些不能被搜索的關鍵字會被放在一個黑名單當中，黑名單每天晚上更新一次。當用戶搜索時，會檢查當前關鍵字在不在黑名單當中，如果在，則提示不能搜索。實現代碼如下：

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package?com.ifeve.book; import?java.util.Map; import?com.ifeve.book.forkjoin.CopyOnWriteMap; /** ?* 黑名單服務 ?* ?* @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); ????} }

?　　代碼很簡單，但是使用CopyOnWriteMap需要注意兩件事情：

　　1. 減少擴容開銷。根據實際需要，初始化CopyOnWriteMap的大小，避免寫時CopyOnWriteMap擴容的開銷。

　　2. 使用批量添加。因為每次添加，容器每次都會進行復制，所以減少添加次數，可以減少容器的復制次數。如使用上面代碼里的addBlackList方法。

CopyOnWrite的缺點

　　CopyOnWrite容器有很多優點，但是同時也存在兩個問題，即內存占用問題和數據一致性問題。所以在開發的時候需要注意一下。

　　內存占用問題。因為CopyOnWrite的寫時復制機制，所以在進行寫操作的時候，內存里會同時駐扎兩個對象的內存，舊的對象和新寫入的對象（注意:在復制的時候只是復制容器里的引用，只是在寫的時候會創建新對象添加到新容器里，而舊容器的對象還在使用，所以有兩份對象內存）。如果這些對象占用的內存比較大，比如說200M左右，那么再寫入100M數據進去，內存就會占用300M，那么這個時候很有可能造成頻繁的Yong GC和Full GC。之前我們系統中使用了一個服務由于每晚使用CopyOnWrite機制更新大對象，造成了每晚15秒的Full GC，應用響應時間也隨之變長。

　　針對內存占用問題，可以通過壓縮容器中的元素的方法來減少大對象的內存消耗，比如，如果元素全是10進制的數字，可以考慮把它壓縮成36進制或64進制。或者不使用CopyOnWrite容器，而使用其他的并發容器，如ConcurrentHashMap。

　　數據一致性問題。CopyOnWrite容器只能保證數據的最終一致性，不能保證數據的實時一致性。所以如果你希望寫入的的數據，馬上能讀到，請不要使用CopyOnWrite容器。

　　

　　下面這篇文章驗證了CopyOnWriteArrayList和同步容器的性能：

　　http://blog.csdn.net/wind5shy/article/details/5396887

　　下面這篇文章簡單描述了CopyOnWriteArrayList的使用：

　　http://blog.csdn.net/imzoer/article/details/9751591

《新程序員》：云原生和全面數字化實踐50位技術專家共同創作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java并发编程:CopyOnWrite容器的实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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