基于CopyOnWriteArrayList并发容器(实例讲解)

copyonwritearraylist并发容器

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。

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。

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();
 }
 }

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。

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。

以上这篇基于copyonwritearraylist并发容器(实例讲解)就是小编分享给大家的全部内容了，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持。