CopyOnwrite 了解吗?

aoxixi 2020-08-19

 CopyOnwrite 了解吗?

本文转载自微信公众号「Java极客技术」,作者鸭血粉丝 。转载本文请联系Java极客技术公众号。 

概念

CopyOnWrite 只是看字面意思就能看出来,就是在写入时复制,说得轻巧,写入时复制,具体是怎么实现的呢?

先来说说思想,具体怎么实现等下分析

CopyOnWrite 的思想就是:当向一个容器中添加元素的时候,不是直接在当前这个容器里面添加的,而是复制出来一个新的容器,在新的容器里面添加元素,添加完毕之后再将原容器的引用指向新的容器,这样就实现了写入时复制

你还记得在提到数据库的时候,一般都会说主从复制,读写分离吗?CopyOnWrite 的设计思想是不是和经常说的主从复制,读写分离如出一撤?

优缺点

了解概念之后,对它的优缺点应该就比较好理解了

优点就是,读和写可以并行执行,因为读的是原来的容器,写的是新的容器,它们之间互不影响,所以读和写是可以并行执行的,在某些高并发场景下,可以提高程序的响应时间

但是呢,你也看到了, CopyOnWrite 是在写入的时候,复制了一个新的容器出来,所以要考虑它的内存开销问题,又回到了在学算法时一直强调的一个思想:拿空间换时间

需要注意一下,它只保证数据的最终一致性。因为在读的时候,读取的内容是原容器里面的内容,新添加的内容是读取不到的

基于它的优缺点应该就可以得出一个结论:CopyOnWrite 适用于写操作非常少的场景,而且还能够容忍读写的暂时不一致 如果你的应用场景不适合,那还是考虑使用别的方法来实现吧

还有一点需要注意的是:在写入时,它会复制一个新的容器,所以如果有写入需求的话,最好可以批量写入,因为每次写入的时候,容器都会进行复制,如果能够减少写入的次数,就可以减少容器的复制次数

在 JUC 包下,实现 CopyOnWrite 思想的就是 CopyOnWriteArrayList & CopyOnWriteArraySet 这两个方法,本篇文章侧重于讲清楚 CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList

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

public boolean add(E e) { 
        final ReentrantLock lock = this.lock; 
        // 在写入的时候,需要加锁,如果不加锁的话,在多线程场景下可能会被 copy 出 n 个副本出来 
        // 加锁之后,就能保证在进行写时,只有一个线程在操作 
        lock.lock(); 
        try { 
            Object[] elements = getArray(); 
            int len = elements.length; 
            // 复制原来的数组 
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); 
            // 将要添加的元素添加到新数组中 
            newElements[len] = e; 
            // 将对原数组的引用指向新的数组 
            setArray(newElements); 
            return true; 
        } finally { 
            lock.unlock(); 
        } 
    } 

在写的时候需要加锁,但是在读取的时候不需要添加

因为读取的是原数组的元素,对新数组没有什么影响,加了锁反而会增加性能开销

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

举个例子:

@Slf4j 
public class ArrayListExample { 
 
    // 请求总数 
    public static int clientTotal = 5000; 
 
    // 同时并发执行的线程数 
    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); 
    } 
} 

上面是客户端请求 5000 次,有 200 个线程在同时请求,我使用的是 ArrayList 实现,咱们看下打印结果:

如果是线程安全的话,那么最后的结果应该是 5000 才对,多运行几次你会发现,每次程序的执行结果都是不一样的

如果是 CopyOnWriteArrayList 呢?

@Slf4j 
public class CopyOnWriteArrayListExample { 
 
    // 请求总数 
    public static int clientTotal = 5000; 
 
    // 同时并发执行的线程数 
    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); 
    } 
} 

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