JAVA中的copy-on-write容器

实际开发中，对许多数据结构的使用，很多情况下都是读多写少的。在多线程中，读操作并不会改变数据，所以并发读并不会影响线程安全，需要着重考虑的是并发写，所以读操作线程和写操作线程分离会提高多线程效率。

JDK1.5之后出现了copy-on-write原则，即写时复制。其核心思想是，有线程使用容器中的数据时，如果是写入，则复制出一个新容器，修改新容器中的数据后，再将引用指向新容器。如果是读操作则正常读引用地址中的容器数据。这里需要注意的是，复制新容器时底层通过copyof()方法来实现的，这是一个深层复制方法，即新容器是一个新的对象，在堆中有自己的内存区域，操作新容器不会影响旧容器，当然这也会增加内存开销。所以在复制的时候也加了锁，否则多线程会复制出多个对象占用内存，很容易导致OOM。

JAVA的concurrent包中提供了两种copy-of-write原则容器，即copyOnWriteArrayList和copyOnWriteArraySet。copyOnWriteArraySet其实是通过copyOnWriteArrayList来实现的，其底层有copyOnWriteArrayList对象，增加了不允许有重复元素的逻辑，所以额外提供了addIfAbsent()和addAllAbsent()两个添加元素的方法，我想着重总结一下copyOnWriteArrayList的底层实现。

其add()方法，即写入操作通过copyof()方法深层复制一个新数组写入，再把原引用指向新数组。同时加了lock，防止多线程并发创建多个对象占用内存。

其get()方法，即读取操作没有加锁，多线程下不能保证数据实时一致性。

 copy-on-write原则容易应用场景很多，比如黑名单，白名单这类读多写少的数据结构应用，而且可以批量写入，效率更高。

但是copy-on-writer容器缺点也很明显。前文提到过这里总结下，一是深层复制会增加内存开销，二是只能保证数据最终一致性，不能保证数据实施一致性，即写入的数据不一定会立马被读到，因为引用地址可能还没有来得及改变。

针对第二个缺点，可以用并发包中的读写锁来改进，如ReadWriteLock，ReentrantReadWriteLock以及StampedLock等。ReentrantReadWriteLock是对ReadWriteLock的优化，即有再入锁机制。他们的读与写两个操作是通过两个不同的锁来控制的，而且如果写锁被锁定是无法获得读锁的，即写入的时候不让读，这样既实现了读写分离又实现了数据实时一致性。StampedLock又对读操作进行了优化，在锁定读锁前有一个尝试读的操作，然后判断数据是否被修改，如果数据被修改了，则获得读锁再读一次，如果没有被修改，就直接返货尝试读的结果，可以不用获取读锁，大大提高了效率。

总结一下， ReentrantReadWriteLock读写操作都加了锁，虽然读操作比copy-on-write容器要慢，但是可以保证数据实时一致。由于写操作比读操作要慢，所以比传统的读写不分离一起加锁效率要高。StampedLock的读操作已经很接近copy-on-write容器的无锁操作了，又快又可以保证数据实时一致。