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
CopyOnWrite容器 即写时复制的容器，通俗的理解是当往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器。这样做的好处是可以对 CopyOnWrite容器 进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。所以 CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器
CopyOnWriteArrayList 实现原理
在使用 CopyOnWriteArrayList之前，以下代码是向 ArrayList 里添加元素，可以发现在添加的时候是需要加锁的，否则多线程写的时候会 Copy出N个副本出来
public boolean add(T e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 复制出新数组
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
// 把新元素添加到新数组里
newElements[len] = e;
// 把原数组引用指向新数组
setArray(newElements);
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
final void setArray(Object[] a) {
array = a;
}
读的时候不需要加锁，如果读的时候有多个线程正在向 ArrayList 添加数据，读还是会读到旧的数据，因为写的时候不会锁住旧的 ArrayList
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
JDK 中并没有提供 CopyOnWriteMap，可以参考 CopyOnWriteArrayList来实现一个，基本代码如下 :
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;
}
}
}
CopyOnWrite的应用场景
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，实现代码如下 :
package com.ifeve.book;
import java.util.Map;
import com.ifeve.book.forkjoin.CopyOnWriteMap;
/**
* 黑名单服务
*/
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);
}
/**
* 批量添加黑名单
*
* @param ids
*/
public static void addBlackList(Map<String,Boolean> ids) {
blackListMap.putAll(ids);
}
}
代码很简单，但是使用 CopyOnWriteMap 需要注意两件事情 :
1> 减少扩容开销，根据实际需要，初始化 CopyOnWriteMap的大小，避免写时 CopyOnWriteMap 扩容的开销
2> 使用批量添加，因为每次添加，容器每次都会进行复制，所以减少添加次数，可以减少容器的复制次数
CopyOnWrite 存在两个缺点，即内存占用问题和数据一致性问题 :
注 : 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。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。所以如果写入的的数据，马上能读到，请不要使用CopyOnWrite容器
