java集合类-6-CopyOnWrite

CopyOnWriteArrayList

概述

• JDK 1.5出现
• 写时复制容器
• 添加元素时，不直接往当前容器添加
• 将当前容器进行Copy，往新容器添加元素
• 添加完，将原容器引用指向新容器
• 好处
  • 读写分离

机制

• 添加时需加锁，否则多线程写时会Copy出N个副本
• 读时无需加锁，若读时有线程正在向CopyOnWriteArrayList添加数据，会读到旧数据，因为写不会锁住旧的

添加

private transient volatile Object[] array;

public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        newElements[len] = e;
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

• 写
  • 加锁
  • 复制（可以看到效率是蛮低的）
  • 加入Element
  • 重定向数组引用
  • 释放锁

批量添加

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    Object[] cs = (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class) ? ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray() : c.toArray();
    if (cs.length == 0)
        return false;
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        if (len == 0 && cs.getClass() == Object[].class)
            setArray(cs);
        else {
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + cs.length);
            System.arraycopy(cs, 0, newElements, len, cs.length);
            setArray(newElements);
        }
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

场景

• 读多写少
• 比如白名单，黑名单，商品类目的访问和更新场景。假如我们有一个搜索网站，用户在这个网站的搜索框中，输入关键字搜索内容，但是某些关键字不允许被搜索；这些不能被搜索的关键字会被放在一个黑名单当中，黑名单每天晚上更新一次；当用户搜索时，会检查当前关键字在不在黑名单当中，如果在，则提示不能搜索

缺点

• 内存占用问题
  • 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
  • 只能保证数据的最终一致性，不能实时一致性。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

性能测试

• CopyOnWriteArrayList在线程对其进行变更操作的时候，会拷贝一个新的数组以存放新的字段，因此写操作性能很差
• Collections.synchronizedList读操作采用了synchronized，因此读性能较差

public class App {
    private static List<String> arrayList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());
    private static List<String> copyOnWriteArrayList = new CopyOnWriteArrayList<String>();
    private static CountDownLatch cdl1 = new CountDownLatch(2);
    private static CountDownLatch cdl2 = new CountDownLatch(2);
    private static CountDownLatch cdl3 = new CountDownLatch(2);
    private static CountDownLatch cdl4 = new CountDownLatch(2);

    static class Thread1 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 10000; i++)
                arrayList.add(String.valueOf(i));
            cdl1.countDown();
        }
    }

    static class Thread2 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 10000; i++)
                copyOnWriteArrayList.add(String.valueOf(i));
            cdl2.countDown();
        }
    }

    static class Thread3 extends Thread1 {
        @Override
        public void run() {
            int size = arrayList.size();
            for (int i = 0; i < size; i++)
                arrayList.get(i);
            cdl3.countDown();
        }
    }

    static class Thread4 extends Thread1 {
        @Override
        public void run() {
            int size = copyOnWriteArrayList.size();
            for (int i = 0; i < size; i++)
                copyOnWriteArrayList.get(i);
            cdl4.countDown();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        long start1 = System.currentTimeMillis();
        new Thread1().start();
        new Thread1().start();
        cdl1.await();
        System.out.println("arrayList add: " + (System.currentTimeMillis() - start1));

        long start2 = System.currentTimeMillis();
        new Thread2().start();
        new Thread2().start();
        cdl2.await();
        System.out.println("copyOnWriteArrayList add: " + (System.currentTimeMillis() - start2));

        long start3 = System.currentTimeMillis();
        new Thread3().start();
        new Thread3().start();
        cdl3.await();
        System.out.println("arrayList get: " + (System.currentTimeMillis() - start3));

        long start4 = System.currentTimeMillis();
        new Thread4().start();
        new Thread4().start();
        cdl4.await();
        System.out.println("copyOnWriteArrayList get: " + (System.currentTimeMillis() - start4));
    }
}

map-002.jpg

CopyOnWriteArraySet