可以提前讀這篇文章：多讀少寫的場景 如何提高性能
寫入時復制（CopyOnWrite）思想
/** * Appends the specified element to the end of this list. * * @param e element to be appended to this list * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add}) */ 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(); } }
讀的時候不需要加鎖，如果讀的時候有多個線程正在向CopyOnWriteArrayList添加數據，讀還是會讀到舊的數據，因為寫的時候不會鎖住舊的CopyOnWriteArrayList。
public E get(int index) { return get(getArray(), index); }
JDK中並沒有提供CopyOnWriteMap，我們可以參考CopyOnWriteArrayList來實現一個，基本代碼如下：
import java.util.Collection; import java.util.Map; import java.util.Set; public class CopyOnWriteMap<K, V> implements Map<K, V>, Cloneable { private volatile Map<K, V> internalMap; public CopyOnWriteMap() { internalMap = new HashMap<K, V>(); } public V put(K key, V value) { synchronized (this) { Map<K, V> newMap = new HashMap<K, V>(internalMap); V val = newMap.put(key, value); internalMap = newMap; return val; } } public V get(Object key) { return internalMap.get(key); } public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> newData) { synchronized (this) { Map<K, V> newMap = new HashMap<K, V>(internalMap); newMap.putAll(newData); internalMap = newMap; } } }
實現很簡單，只要了解了CopyOnWrite機制，我們可以實現各種CopyOnWrite容器，並且在不同的應用場景中使用。
幾個要點
- 實現了List接口
- 內部持有一個ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
- 底層是用volatile transient聲明的數組 array
- 讀寫分離，寫時復制出一個新的數組，完成插入、修改或者移除操作后將新數組賦值給array
注：
volatile （揮發物、易變的）：變量修飾符，只能用來修飾變量。volatile修飾的成員變量在每次被線程訪問時，都強迫從共享內存中重讀該成員變量的值。而且，當成員變量發生變 化時，強迫線程將變化值回寫到共享內存。這樣在任何時刻，兩個不同的線程總是看到某個成員變量的同一個值。
transient （暫短的、臨時的）：修飾符，只能用來修飾字段。在對象序列化的過程中，標記為transient的變量不會被序列化。
增刪改查
1）增
public boolean add(E e) { final ReentrantLock lock = this.lock; //獲得鎖 lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; //復制一個新的數組 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); //插入新值 newElements[len] = e; //將新的數組指向原來的引用 setArray(newElements); return true; } finally { //釋放鎖 lock.unlock(); } } public void add(int index, E element) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; if (index > len || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+ ", Size: "+len); Object[] newElements; int numMoved = len - index; if (numMoved == 0) newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); else { newElements = new Object[len + 1]; System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index); System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1, numMoved); } newElements[index] = element; setArray(newElements); } finally { lock.unlock(); } }
2）刪
public E remove(int index) { final ReentrantLock lock = this.lock; //獲得鎖 lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; E oldValue = get(elements, index); int numMoved = len - index - 1; if (numMoved == 0) //如果刪除的元素是最后一個，直接復制該元素前的所有元素到新的數組 setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1)); else { //創建新的數組 Object[] newElements = new Object[len - 1]; //將index+1至最后一個元素向前移動一格 System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index); System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index, numMoved); setArray(newElements); } return oldValue; } finally { lock.unlock(); } }
3）改
public E set(int index, E element) { final ReentrantLock lock = this.lock; //獲得鎖 lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); E oldValue = get(elements, index); if (oldValue != element) { int len = elements.length; //創建新數組 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len); //替換元素 newElements[index] = element; //將新數組指向原來的引用 setArray(newElements); } else { // Not quite a no-op; ensures volatile write semantics setArray(elements); } return oldValue; } finally { //釋放鎖 lock.unlock(); } }
4）查
//直接獲取index對應的元素 public E get(int index) {return get(getArray(), index);} private E get(Object[] a, int index) {return (E) a[index];}
CopyOnWrite的應用場景
CopyOnWrite並發容器用於讀多寫少的並發場景。比如白名單，黑名單，商品類目的訪問和更新場景，假如我們有一個搜索網站，用戶在這個網站的搜索框中，輸入關鍵字搜索內容，但是某些關鍵字不允許被搜索。這些不能被搜索的關鍵字會被放在一個黑名單當中，黑名單每天晚上更新一次。當用戶搜索時，會檢查當前關鍵字在不在黑名單當中，如果在，則提示不能搜索。實現代碼如下：
import java.util.Map; import com.ifeve.book.forkjoin.CopyOnWriteMap; /** * 黑名單服務 * * @author fangtengfei * */ public class BlackListServiceImpl { private static CopyOnWriteMap<String, Boolean> blackListMap = new CopyOnWriteMap<String, Boolean>( 1000); public static boolean isBlackList(String id) { return blackListMap.get(id) == null ? false : true; } public static void addBlackList(String id) { blackListMap.put(id, Boolean.TRUE); } /** * 批量添加黑名單 * * @param ids */ public static void addBlackList(Map<String,Boolean> ids) { blackListMap.putAll(ids); } }
代碼很簡單，但是使用CopyOnWriteMap需要注意兩件事情：
1. 減少擴容開銷。根據實際需要，初始化CopyOnWriteMap的大小，避免寫時CopyOnWriteMap擴容的開銷。
2. 使用批量添加。因為每次添加，容器每次都會進行復制，所以減少添加次數，可以減少容器的復制次數。如使用上面代碼里的addBlackList方法。
CopyOnWrite的缺點
CopyOnWrite容器有很多優點，但是同時也存在兩個問題，即內存占用問題和數據一致性問題。所以在開發的時候需要注意一下。
內存占用問題。因為CopyOnWrite的寫時復制機制，所以在進行寫操作的時候，內存里會同時駐扎兩個對象的內存，舊的對象和新寫入的對象（注意:在復制的時候只是復制容器里的引用，只是在寫的時候會創建新對象添加到新容器里，而舊容器的對象還在使用，所以有兩份對象內存）。如果這些對象占用的內存比較大，比如說200M左右，那么再寫入100M數據進去，內存就會占用300M，那么這個時候很有可能造成頻繁的Yong GC和Full GC。之前我們系統中使用了一個服務由於每晚使用CopyOnWrite機制更新大對象，造成了每晚15秒的Full GC，應用響應時間也隨之變長。
針對內存占用問題，可以通過壓縮容器中的元素的方法來減少大對象的內存消耗，比如，如果元素全是10進制的數字，可以考慮把它壓縮成36進制或64進制。或者不使用CopyOnWrite容器，而使用其他的並發容器，如ConcurrentHashMap。
數據一致性問題。CopyOnWrite容器只能保證數據的最終一致性，不能保證數據的實時一致性。所以如果你希望寫入的的數據，馬上能讀到，請不要使用CopyOnWrite容器。