CopyOnWrite实现原理

阅读更多

Java中提供了两个CopyOnWrite容器，分别是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。如果想要高效的使用这两个容器，我觉的首先要弄懂CopyOnWrite的原理。那么下面就先来谈谈什么是CopyOnWrite吧。

什么是CopyOnWrite

CopyOnWrite即写时复制，该机制在于控制对数据的操作，什么时候需要对数据的操作进行控制呢，当然是在并发的时候，如果程序只是单线程的，所有对数据的操作都是顺序执行，那么数据的一致性就自然能得到保证。但是当有多个线程并发对数据进行操作的时候，情况就没那么简单了，一个线程修改了数据，另一个线程在数据被修改的过程中又读取了数据并对它进行修改，然后把修改的结果写回主内存，于是就会丢失一个线程对数据所做的修改。这种情况可以通过线程同步来解决，但是同步代码会大大降低并发效率。那么，有没有什么更好的方法来解决这个问题呢，当然，这个方法就是CopyOnWrite！首先我们可以来分析一下对数据的并发访问有哪些情况，如果我们仔细一想就会发现，并发访问数据的情况也无非下面这几种：读读、读写、写读、写写。针对这几种情况，可以分别对并发效率进行优化。

• 读读这种情况是不需要加锁的，多个线程可以同时读取数据。
• 读写这种情况便要考虑到对数据一致性的要求高低，我们可以将读锁和写锁分离，读取数据时不加锁，修改数据时加写锁，这样相当于只同步了执行写操作的线程，但是由于写线程在修改数据时，读线程仍然可以读取数据，所以这样会造成一定程度的数据不一致。如果对数据一致性要求比较高，可以在修改数据时同时加写锁和读锁，这样写线程在修改数据时，读线程也必须等待。
• 写读这种情况，同样可以使用读写锁分离的方式，但是更好的方法就是使用CopyOnWrite，对读线程不加锁，写线程修改数据时，先把原数据复制一份进行修改，读线程仍然读到的是旧数据，修改完之后再将原数据的引用指向新的数据，注意这时候写线程仍然是需要加锁的，否则多个线程将会复制出多个副本。
• 写写这种情况就只好进行同步了，但是仍然可以通过降低锁的粒度来进行优化。

其实上面所讲到的这些，不仅仅是在Java多线程并发处理领域有应用，在数据库并发事务处理方面也有广泛应用，这篇文章数据库事务与其隔离级别中有相关概念的介绍。

CopyOnWrite适用场景

CopyOnWrite机制适用于读多写少的场景，比如搜索引擎对某些关键词的过滤使用的黑名单，黑名单很久才会更新一次，但是几乎每时每刻都在被读取。这种机制不适用于对数据实时性要求较高的场景中，因为一个线程修改了数据，其他线程并不一定能够马上读取到新的数据。