Java的CopyOnWrite怎么實現(xiàn)

這篇文章主要介紹了Java的CopyOnWrite怎么實現(xiàn)的相關(guān)知識，內(nèi)容詳細(xì)易懂，操作簡單快捷，具有一定借鑒價值，相信大家閱讀完這篇Java的CopyOnWrite怎么實現(xiàn)文章都會有所收獲，下面我們一起來看看吧。

概念

CopyOnWrite 是什么呢，從字面上看，就是在寫入時復(fù)制?？雌饋砻菜坪芎唵?，那么寫入時復(fù)制，具體是怎么實現(xiàn)的呢？

先來說說思想，具體怎么實現(xiàn)等下分析

CopyOnWrite 的思想就是：當(dāng)向一個容器中添加元素的時候，不是直接在當(dāng)前這個容器里面添加的，而是復(fù)制出來一個新的容器，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，這樣就實現(xiàn)了寫入時復(fù)制

你還記得在提到數(shù)據(jù)庫的時候，一般都會說主從復(fù)制，讀寫分離嗎？CopyOnWrite 的設(shè)計思想是不是和經(jīng)常說的主從復(fù)制，讀寫分離如出一撤？

優(yōu)缺點

了解概念之后，對它的優(yōu)缺點應(yīng)該就比較好理解了

優(yōu)點就是，讀和寫可以并行執(zhí)行，因為讀的是原來的容器，寫的是新的容器，它們之間互不影響，所以讀和寫是可以并行執(zhí)行的，在某些高并發(fā)場景下，可以提高程序的響應(yīng)時間

但是呢，你也看到了， CopyOnWrite 是在寫入的時候，復(fù)制了一個新的容器出來，所以要考慮它的內(nèi)存開銷問題，又回到了在學(xué)算法時一直強(qiáng)調(diào)的一個思想：拿空間換時間

需要注意一下，它只保證數(shù)據(jù)的最終一致性。因為在讀的時候，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)缺點應(yīng)該就可以得出一個結(jié)論：CopyOnWrite 適用于寫操作非常少的場景，而且還能夠容忍讀寫的暫時不一致 如果你的應(yīng)用場景不適合，那還是考慮使用別的方法來實現(xiàn)吧

還有一點需要注意的是：在寫入時，它會復(fù)制一個新的容器，所以如果有寫入需求的話，最好可以批量寫入，因為每次寫入的時候，容器都會進(jìn)行復(fù)制，如果能夠減少寫入的次數(shù)，就可以減少容器的復(fù)制次數(shù)

在 JUC 包下，實現(xiàn) CopyOnWrite 思想的就是 CopyOnWriteArrayList & CopyOnWriteArraySet 這兩個方法，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;
        // 在寫入的時候,需要加鎖,如果不加鎖的話,在多線程場景下可能會被 copy 出 n 個副本出來
        // 加鎖之后,就能保證在進(jìn)行寫時,只有一個線程在操作
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            // 復(fù)制原來的數(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;
            // 將對原數(shù)組的引用指向新的數(shù)組
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

在寫的時候需要加鎖，但是在讀取的時候不需要添加

因為讀取的是原數(shù)組的元素，對新數(shù)組沒有什么影響，加了鎖反而會增加性能開銷

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

舉個例子：

CopyOnWrite 在 JUC 包下，那么它就保證了線程安全

咱們來做個小 demo 驗證一下：

@Slf4j
public class ArrayListExample {


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


    // 同時并發(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);
    }
}

上面是客戶端請求 5000 次，有 200 個線程在同時請求，我使用的是 ArrayList 實現(xiàn)，咱們看下打印結(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，多運行幾次你會發(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 {


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


    // 同時并發(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);
    }
}

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