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

 

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。

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);   

} 

  

    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。

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);   

}}

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。

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。