[Java 并发]CopyOnWrite 了解吗?

清疚 2023-02-24 15:28 13阅读 0赞

# 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,我们经常说主从复制,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  
还有一点就是,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: #

CopyOnWrite 在 JUC 包下,那么它就保证了线程安全  
咱们来做个小 demo 验证一下:

@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:  
![在这里插入图片描述][20200710125257659.jpg_pic_center]

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);
        }
    }

多运行几次,结果都是一样的:  
![在这里插入图片描述][20200710125546171.jpg_pic_center]

CopyOnWriteArrayList 是线程安全的

以上,感谢您的阅读~

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最近感觉状态不对劲,容我调整调整

最后的最后,再预告下,预计接下来两周我会水两篇文章,因为最近比较忙~  
如果想看,就看,不想看那就不看咯~

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[20200710125546171.jpg_pic_center]: /images/20230209/11de927971754540b64541fa968c2191.png