android 多线程 — 并发集合 CopyOnWriteAr

2018-06-04 本文已影响396人前行的乌龟

本篇我们来看看集合在多线程环境下的新变化

在多线程中我们需要考虑任何数据对象的同步问题，使用率很高的集合类型对象也不例外，更是重中之重。集合是存储容器的，多线程环境下是线程访问的重点，那么就可能造成并发的问题。java 传统的集合中只有 Vector 、HashTable、StringBuffer 是线程安全的，但只能做到 synchronized 的效果，限制集合在同一时间只能游一个线程来操作，对于其他的对象到是没问题，但是上面说过了，集合是访问重点，是会频繁使用的，这样一次只能游一个线程操作，其他的都得在后面等着(阻塞)，在并发量大的情况下会产生巨大的性能问题。那么有什么办法吗

当然有啦，要不我怎么会写这篇文章啊，JAVA 提供了可以在多线程环境下使用的新的集合容器，既能保证数据同步，也能提高访问效率

这几个新的集合容器就是：

CopyOnWriteArrayList
读写分离的 list 集合
ConcurrentHashMap
多锁结构的 map 集合

我找到的比较好的描述：

JDK5中添加了新的concurrent包，相对同步容器而言，并发容器通过一些机制改进了并发性能。因为同步容器将所有对容器状态的访问都

串行化了，这样保证了线程的安全性，所以这种方法的代价就是严重降低了并发性，当多个线程竞争容器时，吞吐量严重降低。因此Java5.0开

始针对多线程并发访问设计，提供了并发性能较好的并发容器，引入了java.util.concurrent包。与Vector和Hashtable、

Collections.synchronizedXxx()同步容器等相比，util.concurrent中引入的并发容器主要解决了两个问题：

根据具体场景进行设计，尽量避免synchronized，提供并发性。

定义了一些并发安全的复合操作，并且保证并发环境下的迭代操作不会出错。

CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList 名字看着可能会有点懵逼，见名知意的话是个啥意思。其他很简单的，就是读写分离的 list ，多线程环境下对集合的读操作是不加锁的，允许多个线程同时读取集合内容；对集合写的操作是加锁的。

这样把读和写操作分离，一个线程同步，一个线程不同步，根据线程安全性区分操作，无疑可以大大提高不影响线程安全操作的多线程效率

大家想啊，读操作只是取数据，不会对数据造成影响，天然的是可以允许并发的

写操作是要改变数据的，是会别的线程造成影响的，肯定是要保证线程安全的。

CopyOnWriteArrayList 读写分离的做法体现了多线程优化的一个思路，把关乎线程安全与否的操作分离，会大大提供不影响线程安全的操作的效率。

这里解释下 CopyOnWriteArrayList 的原理，为啥读和写可以分离。CopyOnWriteArrayList 在写操作时，先把集合数据 copy 于一份出来，然后在这个副本上对集合进行操作，计算结速后再把用副本数据覆盖原始数据，写操作是线程安全的，是同步的，同一时刻只能有一个线程操作。在写操作的同时因为我们不直接修改原始数据，而是用的副本，对原始数据没有任何影响，所以读的操作可以不受写操作的干扰，可以并发操作。

这让我想起 realm 数据库来了，realm 就是在每一个线程都存在一个数据库的副本，我们在这个线程中操作的是副本，然后 realm 自己决定何时同步副本数据到主数据库中。也是用的是副本的套路来支持多线程并发的。任何线程的对数据的操作都不影响别的线程

我们来看下 CopyOnWriteArrayList 的写入方法就更清楚了，源码很简单的，不要有压力

    public boolean add(E e) {
        synchronized (lock) {
            // 取出数据
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            // 创建副本
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            newElements[len] = e;
            // 用副本复杂原始数据
            setArray(newElements);
            return true;
        }
    }

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。

ConcurrentHashMap

HashMap 是根据散列值分段存储的，同步 Map 在同步的时候锁住了所有的段，而ConcurrentHashMap 给每个散列值分段都加了一把锁，这样 ConcurrentHashMap 能允许对不同散列值分段的并发操作，当然同散列值分段的操作还是只能有一个线程的，但是这样能大大提高了并发性能

ConcurrentHashMap为了提高本身的并发能力，在内部采用了一个叫做Segment的结构，一个Segment其实就是一个类Hash Table的结构，Segment内部维护了一个链表数组，我们用下面这一幅图来看下ConcurrentHashMap的内部结构：

nuEZ0.png

从上面的结构我们可以了解到，ConcurrentHashMap定位一个元素的过程需要进行两次Hash操作，第一次Hash定位到Segment，第二次Hash定位到元素所在的链表的头部，因此，这一种结构的带来的副作用是Hash的过程要比普通的HashMap要长，但是带来的好处是写操作的时候可以只对元素所在的Segment进行加锁即可，不会影响到其他的Segment，这样，在最理想的情况下，ConcurrentHashMap可以最高同时支持Segment数量大小的写操作（刚好这些写操作都非常平均地分布在所有的Segment上），所以，通过这一种结构，ConcurrentHashMap的并发能力可以大大的提高。

另外 ConcurrentHashMap 也是读写分离的，get() 是不加锁的，put 加锁

最后

阻塞队列其实也算是并发容器的，但是这个我想和线程池一起说。并发集合容器就说到这里了，我也是做 android 的，对于多线程也是个门外汉，没啥实战经验，对基础理解页很浅薄。这里我简单介绍了2种并发容器的概念和原理，剩下的使用其实和集合没却别，更多的内容请大家自己去找更详细的资料吧

android 多线程 — 并发集合 CopyOnWriteAr

CopyOnWriteArrayList

ConcurrentHashMap

最后

参考资料

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