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java并发面试常识之copyonwrite

xpbob
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发布于 2016/05/11 22:01
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        今天在网上看到一个问题,问除了加锁之外有没有其他方法来保证线程安全。楼下很多回答copyonwrite机制。这个问题回答有很多,但是copyonwrite的回答有点误导人。


copyonwrite机制

        和单词描述的一样,他的实现就是写时复制, 在往集合中添加数据的时候,先拷贝存储的数组,然后添加元素到拷贝好的数组中,然后用现在的数组去替换成员变量的数组(就是get等读取操作读取的数组)。这个机制和读写锁是一样的,但是比读写锁有改进的地方,那就是读取的时候可以写入的 ,这样省去了读写之间的竞争,看了这个过程,你也发现了问题,同时写入的时候怎么办呢,当然果断还是加锁。


java中的copyonwrite

        java中提供了两个利用这个机制实现的线程安全集合。copyonwritearraylist,copyonwritearrayset。看名字就大概猜到他们之间的关系,copyonwritearrayset的底层实现是copyonwritearraylist。我们接下来看看java的实现。

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

        get的方法就是普通集合的get没有什么特殊的地方,但是成员变量的声明还是有讲究的,是个用volatile声明的数组,这样就保证了读取的那一刻读取的是最新的数据。

private transient volatile Object[] array;

     接下来重点就是add方法了。下面的代码可以明显看出是明显需要reentrantlock加锁的,接下来就是复制数据和添加数据的过程,在setArray的过程中,把新的数组赋值给成员变量array(这里是引用的指向,java保证赋值的过程是一个原子操作)。

  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();
        }
    }

         关于迭代,他采取的是获取传递给迭代器的数组值进行迭代,中间就算加入新的值也迭代不到。在构造函数中就直接赋值给final的成员变量。

        private final Object[] snapshot;
  
        private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
            cursor = initialCursor;
            snapshot = elements;
        }

适用场景

        copyonwrite的机制虽然是线程安全的,但是在add操作的时候不停的拷贝是一件很费时的操作,所以使用到这个集合的时候尽量不要出现频繁的添加操作,而且在迭代的时候数据也是不及时的,数据量少还好说,数据太多的时候,实时性可能就差距很大了。在多读取,少添加的时候,他的效果还是不错的(数据量大无所谓,只要你不添加,他都是好用的)。

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