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一、同步容器和并发容器
在jdk早期,为了解决并发安全问题,引入了同步容器Vector和Hashtable。在JDK1.2中,引入了同步封装类,可以由Collections.synchronizedXxxx等方法创建,可以直接对ArrayList进行封装以达到同步。但是,同步容器有一个问题,过于严格,即完全串行执行,导致即便是在复合操作下,并没有线程安全问题,也会加锁。 常见复合操作如下:同步容器对所有容器状态的访问都串行化,严重降低了并发性;当多个线程竞争锁时,吞吐量严重下降;
java5.0之后提供了多种并发容器来改善同步容器的性能,如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet、ConcurrentSkipListMap等;这些容器通过进行优化以达到适应不同需求的目的,并没有完全串行化。
一般容器 | 同步容器 | 并发容器 |
---|---|---|
ArrayList | Vector | CopyOnWriteArrayList |
HashMap | HashTable | ConcurrentHashMap |
一般容器线程不安全;同步容器线程安全,但是过于严格;为了满足实际需求,合理适应需求,增加了并发容器,更好的适应并发条件,即同步容器为了安全,并发容器为了安全的同时,达到高并发的效率。
二、源码分析:CopyOnWriteArrayList
在前面了解读写锁时就已经知道,在实际情况中,往往读取更多,写入很少,而读取数据并不影响数据的安全,所以读数据完全可以并发进行,而只将写数据进行严格加锁。/** The lock protecting all mutators */// 1、用于加锁的可重入锁final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();/** The array, accessed only via getArray/setArray. */// 2、存取数据的volatile数组private transient volatile Object[] array;
3、添加元素
// 3、添加元素 public boolean add(E e) { final ReentrantLock lock = this.lock; // 获取独占锁 lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);// 重新生成一个新的数组实例,并将原始数组的元素拷贝到新数组中 newElements[len] = e; // 添加新的元素到新数组的末尾 setArray(newElements); // 更新底层数组 return true; } finally { lock.unlock(); } }
有两点必须清楚:
4、删除数据
remove数据和add类似,也是复制副本public E remove(int index) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; E oldValue = get(elements, index); // 获取volatile数组中指定索引处的元素值 int numMoved = len - index - 1; if (numMoved == 0) // 如果被删除的是最后一个元素,则直接通过Arrays.copyOf()进行处理,而不需要新建数组 setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1)); else { Object[] newElements = new Object[len - 1]; System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index); // 拷贝删除元素前半部分数据到新数组中 System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index, numMoved);// 拷贝删除元素后半部分数据到新数组中 setArray(newElements); // 更新volatile数组 } return oldValue; } finally { lock.unlock(); } }
5、读取数据
将底层volatile数组指定索引处的元素返回即可。public E get(int index) { return get(getArray(), index); }private E get(Object[] a, int index) { return (E) a[index]; }
6、遍历元素
public Iteratoriterator() { return new COWIterator (getArray(), 0); } public ListIterator listIterator() { return new COWIterator (getArray(), 0); } public ListIterator listIterator(final int index) { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; if (index<0 || index>len) throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index); return new COWIterator (elements, index); } private static class COWIterator implements ListIterator { private final Object[] snapshot; // 保存数组的快照,是一个不可变的对象 private int cursor; private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) { cursor = initialCursor; snapshot = elements; } public boolean hasNext() { return cursor < snapshot.length; } public boolean hasPrevious() { return cursor > 0; } @SuppressWarnings("unchecked") public E next() { if (! hasNext()) throw new NoSuchElementException(); return (E) snapshot[cursor++]; } @SuppressWarnings("unchecked") public E previous() { if (! hasPrevious()) throw new NoSuchElementException(); return (E) snapshot[--cursor]; } public int nextIndex() { return cursor; } public int previousIndex() { return cursor-1; } public void remove() { throw new UnsupportedOperationException(); } public void set(E e) { throw new UnsupportedOperationException(); } public void add(E e) { throw new UnsupportedOperationException(); } }
如上容器的迭代器中会保存一个不可变的Object数组对象,那么在进行遍历这个对象时就不需要再进一步的同步。在每次修改时,都会创建并重新发布一个新的窗口副本,从而实现了可变性。如上迭代器代码中保留了一个指向volatile数组的引用,由于不会被修改,因此多个线程可以同时对它进行迭代,而不会彼此干扰或与修改容器的线程相互干扰。
与之前的ArrayList实现相比,CopyOnWriteArrayList返回迭代器不会抛出ConcurrentModificationException异常,即它不是fail-fast机制的!三、CopyOnWrite的应用场景
CopyOnWrite并发容器用于读多写少的并发场景。比如缓存;白名单,黑名单,商品类目的访问和更新场景,假如我们有一个搜索网站,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。使用CopyOnWriteMap需要注意两件事情:
CopyOnWrite的缺点:CopyOnWrite容器有很多优点,但是同时也存在两个问题,即内存占用问题和数据一致性问题。所以在开发的时候需要注意一下。
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来源:牛客网补充:
一:快速失败(fail—fast)二:安全失败(fail—safe)(克隆容器Copy)
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