找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

搜索

[ JAVA开发技术 ] 【守望者 j2se】聊聊并发-Java中的Copy-On-Write容器

2014-10-12 12:03| 发布者: zhouy | 查看: 1037 | 收藏

摘要: 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 ...
 
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。

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。
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。


本文由守望者watchmen收集整理,部分内容源于网络(http://csdn.net)。本文仅代表作者个人观点,不代表守望者的本意。如有违法侵权内容,请提交到守望者管理员处,立即处理。

推荐阅读

【守望者  j2se】ConcurrentHashMap原理分析
【守望者 j2se】ConcurrentHashMap原
集合是编程中最常用的数据结构。而谈到并发,几乎总是离不开集合这类高级数据
【守望者  j2se】双向链表模拟
【守望者 j2se】双向链表模拟
我们熟悉了java单向链表的模拟,现在我就必须开始双向链表的模拟的.1.基础结构
【守望者 高并发】现有高并发WEB服务器 lighttpd Apache Nginx比较
【守望者 高并发】现有高并发WEB服务器
lighttpd网络服务器基于的Lighttpd的网络服务器具有这样的特点:占用内存资源
【守望者 高并发】C10K/C500K与I/O框架
【守望者 高并发】C10K/C500K与I/O框架
C10K、C/500K问题C10K 的意思是10000并发请求,C500K意思是500 000并发请求,
【守望者  JMM】理解volatile内存语义
【守望者 JMM】理解volatile内存语义
理解volatile变量对写多线程程序还是很有帮助的,这样就会避免一上来就是syn这
【守望者  j2se】虚拟机各部分内存溢出情况
【守望者 j2se】虚拟机各部分内存溢出
通过简单的小例子程序,演示java虚拟机各部分内存溢出情况:(1).java堆溢出:
【守望者 高并发】使用CAS实现高效并发处理
【守望者 高并发】使用CAS实现高效并发
守望者:在并发处理应用中,一般使用锁的方式来解决竞争问题,但锁的效率比较
【守望者  j2se】吃透 java I/O 工作机制-1
【守望者 j2se】吃透 java I/O 工作机
I/O 问题可以说是当今互联网 Web 应用中所面临的主要问题之一,因为当前在这
【守望者 大数据】Mahout学习路线图
【守望者 大数据】Mahout学习路线图
Hadoop家族产品,常用的项目包括Hadoop, Hive, Pig, HBase, Sqoop, Mahout, Z
【守望者 j2se】ConcurrentMap之putIfAbsent(key,value)用法讨论
【守望者 j2se】ConcurrentMap之putIfA
先看一段代码:public class Locale { private final static MapString, Lo
【守望者  javascript】判断IE浏览器世界上最短的代码
【守望者 javascript】判断IE浏览器世
最短的IE判定var ie=!-分析以前最短的IE判定借助于IE不支持垂直制表符的特性
【守望者 大数据】机器学习已成为大数据的基石
【守望者 大数据】机器学习已成为大数
机器学习(Machine Learning, ML)是一门多领域交叉学科,涉及概率论、统计学、
【守望者  j2se】多线程与并发知识点总结
【守望者 j2se】多线程与并发知识点总
对于多线程和并发编程这个比较大的技术模块,我们会整理一些帖子方便知识点的
【守望者  j2se】二叉树模拟
【守望者 j2se】二叉树模拟
接着我们就要写一个比较复杂的数据结构的,但是这个数据结构是很重要的,假如
【守望者 SRS  】SRS 源代码分析笔记(0.9.194)-分析服务器对端口的监听 ...
【守望者 SRS 】SRS 源代码分析笔记(
第一部分 分析服务器对端口的监听 端口监听与初始化(一)全局变量_srs_confi

行业聚焦  面试交流  职位推荐  开发视频   技术交流  腾讯微博  新浪微博

友情链接:课课家教育  阿里云  鲜果  W3Cfuns前端网  中国企业家  环球企业家  投资界  传媒梦工场  MSN中文网  Android开发者社区  cnbeta  投资中国网  又拍云存储  美通说传播  IT茶馆  网商在线  商业评论网  TechOrange  IT时代周刊  3W创新传媒  开源中国社区  二维工坊  Iconfans  推酷  智能电视网  FreeBuf黑客与极客  财经网  DoNews  凤凰财经  新财富  eoe移动开发者社区  i黑马  网易科技  新浪科技  搜狐IT  创业家  创业邦  腾讯财经  福布斯中文网  天下网商  TechWeb  雷锋网  新浪创业  和讯科技  品途O2O  极客公园  艾瑞网  抽屉新热榜  卖家网  人民网通信频道  拉勾网  创新派  简单云主机  

手机版|黑名单|守望者在线 在线教育 linux 高级程序设计 C/C++ 大数据 ( 蜀ICP备14029946号

成都守望者科技有限公司 © 2013-2016 All Rights Reserved