Java并发编程之CopyOnWriteArraylist

Java并发编程之CopyOnWriteArraylist

引言： Copy-On-Write简称COW，是一种用于程序设计中的优化策略。其基本思路是，从一开始大家都在共享同一个内容，当某个人想要修改这个内容的时候，才会真正把内容Copy出去形成一个新的内容然后再改，这是一种延时懒惰策略。从JDK1.5开始Java并发包里提供了两个使用CopyOnWrite机制实现的并发容器,它们是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。CopyOnWrite容器非常有用，可以在非常多的并发场景中使用到。

简介： ArrayList是一种“列表”数据机构，其底层是通过数组来实现元素的随机访问。JDK1.5之前，如果想要在并发环境下使用“列表”一般有以下3种方式：
1、使用Vector类
2、使用Collections.synchronizedList返回一个同步代理类
3、自己实现ArrayList的子类，并进行同步/加锁
前两种方式都相当于加了一把“全局锁”，访问任何方法都需要首先获取锁，第3种方式，需要自己实现，复杂度较高。在 JDK1.5之后，随着J.U.C引入了一个新的集合工具类—CopyOnWriteArraylist：CopyOnWriteArrayList，运用了一种“写时复制”的思想。通俗的理解就是当我们需要修改（增/删/改）列表中的元素时，不直接进行修改，而是先将列表Copy，然后在新的副本上进行修改，修改完成之后，再将引用从原列表指向新列表，这样做的好处是读/写是不会冲突的，可以并发进行，读操作还是在原列表，写操作在新列表，仅仅当有多个线程同时进行写操作时，才会进行同步。

核心方法：
1、add()方法：add方法首先会进行加锁，保证只有一个线程能进行修改，然后会创建一个新数组（大小为n+1），并将原数组的值复制到新数组，新元素插入到新数组的最后；最后，将字段array指向新数组。

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();

    }
}

2、get()方法：get方法并没有加锁，直接返回了内部数组对应索引位置的值：array[index]。

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

private E get(object[] a,int index){
	return(E)a[index];
}

3、remove()方法：删除方法和插入一样，都需要先加锁（所有涉及修改元素的方法都需要先加锁，写-写不能并发），然后构建新数组，复制旧数组元素至新数组，最后将array指向新数组。

public E remove(int index) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            E oldValue = get(elements, index);
            int numMoved = len - index - 1;
            if (numMoved == 0)//移除位置在数组尾
                setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
            else {
                Object[] newElements = new Object[len - 1];
                //把原数组index之前的部分复制到newElements前一部分
                System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
                //把原数组index之后的部分复制到newElements后一部分
                System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index, numMoved);
                setArray(newElements);
            }
            return oldValue;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

总结：
1、 应用场景
CopyOnWrite并发容器用于读多写少的并发场景。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。
2、优缺点
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。
（1）、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。
（2）、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。

本文参考
本文主要参考以下文章，谨以技术分享为目的，将此文搬到优快云上，如有侵权问题请联系本人，乐于分享提高。
作者： Ressmix
链接：https://segmentfault.com/a/1190000016214572