Java并發(fā) 你了解CopyOnWrite嗎？

猿友 2020-08-19 09:52:05 瀏覽數(shù) (3105)

反饋

概念

CopyOnWrite 是什么呢，從字面上看，就是在寫(xiě)入時(shí)復(fù)制?？雌饋?lái)貌似很簡(jiǎn)單，那么寫(xiě)入時(shí)復(fù)制，具體是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

先來(lái)說(shuō)說(shuō)思想，具體怎么實(shí)現(xiàn)等下分析

CopyOnWrite 的思想就是：當(dāng)向一個(gè)容器中添加元素的時(shí)候，不是直接在當(dāng)前這個(gè)容器里面添加的，而是復(fù)制出來(lái)一個(gè)新的容器，在新的容器里面添加元素，添加完畢之后再將原容器的引用指向新的容器，這樣就實(shí)現(xiàn)了寫(xiě)入時(shí)復(fù)制

你還記得在提到數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候，一般都會(huì)說(shuō)主從復(fù)制，讀寫(xiě)分離嗎？CopyOnWrite 的設(shè)計(jì)思想是不是和經(jīng)常說(shuō)的主從復(fù)制，讀寫(xiě)分離如出一撤？

（推薦教程：Java教程）

優(yōu)缺點(diǎn)

了解概念之后，對(duì)它的優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)該就比較好理解了

優(yōu)點(diǎn)就是，讀和寫(xiě)可以并行執(zhí)行，因?yàn)樽x的是原來(lái)的容器，寫(xiě)的是新的容器，它們之間互不影響，所以讀和寫(xiě)是可以并行執(zhí)行的，在某些高并發(fā)場(chǎng)景下，可以提高程序的響應(yīng)時(shí)間

但是呢，你也看到了， CopyOnWrite 是在寫(xiě)入的時(shí)候，復(fù)制了一個(gè)新的容器出來(lái)，所以要考慮它的內(nèi)存開(kāi)銷問(wèn)題，又回到了在學(xué)算法時(shí)一直強(qiáng)調(diào)的一個(gè)思想：拿空間換時(shí)間

需要注意一下，它只保證數(shù)據(jù)的最終一致性。因?yàn)樵谧x的時(shí)候，讀取的內(nèi)容是原容器里面的內(nèi)容，新添加的內(nèi)容是讀取不到的

基于它的優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)該就可以得出一個(gè)結(jié)論：CopyOnWrite 適用于寫(xiě)操作非常少的場(chǎng)景，而且還能夠容忍讀寫(xiě)的暫時(shí)不一致如果你的應(yīng)用場(chǎng)景不適合，那還是考慮使用別的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)吧

還有一點(diǎn)需要注意的是：在寫(xiě)入時(shí)，它會(huì)復(fù)制一個(gè)新的容器，所以如果有寫(xiě)入需求的話，最好可以批量寫(xiě)入，因?yàn)槊看螌?xiě)入的時(shí)候，容器都會(huì)進(jìn)行復(fù)制，如果能夠減少寫(xiě)入的次數(shù)，就可以減少容器的復(fù)制次數(shù)

在 JUC 包下，實(shí)現(xiàn) CopyOnWrite 思想的就是 CopyOnWriteArrayList & CopyOnWriteArraySet 這兩個(gè)方法，本篇文章側(cè)重于講清楚 CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList

在CopyOnWriteArrayList 中，需要注意的是 add 方法：

    public boolean add(E e) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        // 在寫(xiě)入的時(shí)候,需要加鎖,如果不加鎖的話,在多線程場(chǎng)景下可能會(huì)被 copy 出 n 個(gè)副本出來(lái)
        // 加鎖之后,就能保證在進(jìn)行寫(xiě)時(shí),只有一個(gè)線程在操作
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            // 復(fù)制原來(lái)的數(shù)組
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            // 將要添加的元素添加到新數(shù)組中
            newElements[len] = e;
            // 將對(duì)原數(shù)組的引用指向新的數(shù)組
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

在寫(xiě)的時(shí)候需要加鎖，但是在讀取的時(shí)候不需要添加

因?yàn)樽x取的是原數(shù)組的元素，對(duì)新數(shù)組沒(méi)有什么影響，加了鎖反而會(huì)增加性能開(kāi)銷

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

舉個(gè)例子：

CopyOnWrite 在 JUC 包下，那么它就保證了線程安全

咱們來(lái)做個(gè)小 demo 驗(yàn)證一下：

@Slf4j
public class ArrayListExample {


    // 請(qǐng)求總數(shù)
    public static int clientTotal = 5000;


    // 同時(shí)并發(fā)執(zhí)行的線程數(shù)
    public static int threadTotal = 200;


    private static List<Integer> list = new ArrayList<>();


    public static void  main(String[] args) throws Exception{
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);
        for (int i = 0; i < clientTotal; i++) {
            final int count = i;
            executorService.execute(()->{
                try {
                    semaphore.acquire();
                    update(count);
                    semaphore.release();
                } catch (Exception e) {
                    log.error("exception",e);
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        log.info("size:{}",list.size());
    }
    private static void update(int i){
        list.add(i);
    }
}

上面是客戶端請(qǐng)求 5000 次，有 200 個(gè)線程在同時(shí)請(qǐng)求，我使用的是 ArrayList 實(shí)現(xiàn)，咱們看下打印結(jié)果：

ArrayList打印結(jié)果

如果是線程安全的話，那么最后的結(jié)果應(yīng)該是 5000 才對(duì)，多運(yùn)行幾次你會(huì)發(fā)現(xiàn)，每次程序的執(zhí)行結(jié)果都是不一樣的

如果是 CopyOnWriteArrayList 呢？

@Slf4j
public class CopyOnWriteArrayListExample {


    // 請(qǐng)求總數(shù)
    public static int clientTotal = 5000;


    // 同時(shí)并發(fā)執(zhí)行的線程數(shù)
    public static int threadTotal = 200;


    private static List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>();


    public static void  main(String[] args) throws Exception{
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);
        for (int i = 0; i < clientTotal; i++) {
            final int count = i;
            executorService.execute(()->{
                try {
                    semaphore.acquire();
                    update(count);
                    semaphore.release();
                } catch (Exception e) {
                    log.error("excepiton",e);
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        log.info("size:{}",list.size());
    }
    private static void update(int i){
        list.add(i);
    }
}

多運(yùn)行幾次，結(jié)果都是一樣的：

運(yùn)行結(jié)果