如何认识软件开发模型,固原地网站seo,苏州建筑设计公司排名,个人免费简历模板在 Java 的集合中, List 是一个很高频使用的集合中, 但是平时使用的 ArrayList, LinkedList 都是线程不安全的。 线程可见性不支持, 内部的 fast-fail 机制等都是表明他们不适合高频发的场景使用。如果我们需要一个线程安全的列表集合 使用古老的集合类 Vector通过 Collections…在 Java 的集合中, List 是一个很高频使用的集合中, 但是平时使用的 ArrayList, LinkedList 都是线程不安全的。 线程可见性不支持, 内部的 fast-fail 机制等都是表明他们不适合高频发的场景使用。如果我们需要一个线程安全的列表集合 使用古老的集合类 Vector通过 Collections.synchronizedList(ListT list) 得到一个线程安全的列表 虽然他们的确可以处理高并发的场景, 但是性能却不太行 (内部几乎所有的操作都是通过加同步锁实现的), 那么是否有更好的选择吗 ?
如果你现在的业务场景是一种读多写少, 同时支持短时间的数据延迟的情况, 那么可以考虑使用一下 CopyOnWriteArrayList, 它是一个设计简单, 采用了写时复制 (Copy-On-Write) 的机制, 以确保在读取和写入操作之间的最终一致性的 List。
1 Copy-On-Write
Copy-On-Write 的特点概括起来就 2 个 读写分离最终一致性 大体的实现如下: 在集合的内部统一维护着一个数组(链表) 的数据结构, 存储着用户的数据用户读取数据时, 直接就从这个数据结构中获取数据即可而在用户对内部的数据进行修改时, 则会对修改办法进行加锁, 串行地处理 3.1 获取到锁的线程, 会直接从内部维护的数据结构直接拷贝一份相同的数据 3.2 对拷贝的数据进行修改 3.3 将修改后的数据设置到集合内部统一维护的数据结构 这个过程中 变更的操作不会影响到读取的操作变更后的数据, 也同样不会被立即读取到这就会造成一定时间的数据不一致将变更后的数据, 重新设置到集合内部的统一的数据结构后, 最终都能读取到最新的数据, 也就是最终达到数据一致的效果 2 CopyOnWriteArrayList 的实现原理
经过上面的一大篇铺垫, 可能认为 CopyOnWriteArrayList 是一个很复杂的集合类, 实际就是一个简单的数组引用的修改。
下面通过分析源码的进行深入了解一下
public class CopyOnWriteArrayListE {/** 真正存储数据的数组 */private transient volatile Object[] array;}可以看到 CopyOnWriteArrayList 本质就是一个数组, 只是这个数组被 volatile 修饰了(volatile 只能保证对象的引用变更了, 能被所有线程感知到, 但是对引用里面的内容进行变更, 线程是无法感知到的)。
2.1 读取操作
我们先简单看一下 CopyOnWriteArrayList 的读操作
public class CopyOnWriteArrayListE {/*** 获取列表中第 index 位的内容*/public E get(int index) {return elementAt(getArray(), index);}/*** 获取存储数据的数组*/final Object[] getArray() {// 直接返回当前的数组变量 arrayreturn array;}/*** 获取指定数组对应位置的数据 */static E E elementAt(Object[] a, int index) {// 通过索引读取到入参的数组的指定位置的数据return (E) a[index];}
}可以看出来整个 get 方法很简单, 没有任何针对并发场景的处理 (CAS, 加锁等)。 因为这个读的操作不涉及都任何的数据变更, 简单实现获取数据的逻辑即可。
2.2 新增数据
public class CopyOnWriteArrayListE {public boolean add(E e) {final ReentrantLock lock this.lock;// 1. 通过一个可重入锁 lock, 保证写线程在同一时刻只有一个, 变为串行的执行lock.lock();try {// 2. 获取到原本存数据的数组的引用Object[] elements getArray();// 3. 获取到原本数组的长度int len elements.length;// 4. 创建新的数组, 并将旧数组的数据复制到新数组中Object[] newElements Arrays.copyOf(elements, len 1);// 5. 往新数组最后一位添加新的数据newElements[len] e;// 截至到这一步, 虽然看起来我们已经对集合里面的数据做了修改,// 但是在这之前所有的线程读操作, 还是读取旧数组的数据// 6. 将旧数组引用指向新的数组, 上面的数组变量通过 volatile 修饰了, 将新的数组设置过去, 其他线程都会感知到这个变量变了// 所以变更后的数据, 这时其他线程可以读取到了setArray(newElements);return true;} finally {// 锁释放lock.unlock();}}/*** 更新集合里面的数组*/final void setArray(Object[] a) {// 直接将入参的数组赋值给当前的 array 属性array a;}
}整个 add 方法的逻辑整理如下 竞争锁, 获取锁成功的线程才能继续执行下面的逻辑从旧的数组里面拷贝一个新的数组追加新的数据到新数组的最后面将新的数组替换集合里面的旧数组释放锁 这里面涉及到 2 个并发相关的知识 可重入锁 ReentrantLock, 让整个写的操作变为串行修饰 CopyOnWriteArrayList 数组变量的 array, 在数据替换后, 能构让其他线程感知到, 去读取最新的值 3 总结
3.1 Copy-On-Write vs 读写锁
Copy-On-Write 机制和读写锁都是通过读写分离的思想实现的, 但两者还是有些不同。 Copy-On-Write 对写操作做了锁控制, 确保写操作的数据正常, 而对读取操作不做任何的限制, 确保了读取的性能, 但是带来了一定时间 “脏数据” 的问题读写锁: 对整个读写操作都加锁, 在有线程在读取数据, 写线程必须等待, 在写线程变更数据的过程, 读操作也必须等待写操作完成, 通过这种等待, 牺牲了一定的性能, 但是确保了数据的一致 3.2 Copy-On-Write 的缺点 内存占用问题: 因为 Copy-On-Write 的写时复制机制, 所以在进行写操作的时候, 内存里会同时存在新旧两个对象, 这个会导致的内存差不多两倍的消耗, 如果这些对象占用的内存比较大, 可能会造成内存问题数据一致性问题: Copy-On-Write 机制只能保证数据的最终一致性, 不能保证数据的实时一致性 3.3 CopyOnWriteArrayList 适用的场景
下面列举了几个读多写少的业务场景 系统配置管理:系统黑白名单管理应用内部缓存 … 列举的这几个基本都是一些变更不频繁, 但是读取高频的场景, 同时短时间的数据延迟同步影响不大, 所以还是挺适合 CopyOnWriteArrayList
4 参考
并发容器之CopyOnWriteArrayList
