Java並行プログラミング：並行コンテナCopyOnWriteArrayListの実装原理

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/**

     * Appends the specified element to the end of this list.

     *

     * @param e element to be appended to this list

     * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})

     */

    public boolean add(E e) {

    final ReentrantLock lock = this.lock;

    lock.lock();

    try {

        Object[] elements = getArray();

        int len = elements.length;

        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);

        newElements[len] = e;

        setArray(newElements);

        return true;

    } finally {

        lock.unlock();

    }

    }

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public E get(int index) {

    return get(getArray(), index);

}

import java.util.Collection;

import java.util.Map;

import java.util.Set;

public class CopyOnWriteMap<K, V> implements Map<K, V>, Cloneable {

    private volatile Map<K, V> internalMap;

    public CopyOnWriteMap() {

        internalMap = new HashMap<K, V>();

    }

    public V put(K key, V value) {

        synchronized (this) {

            Map<K, V> newMap = new HashMap<K, V>(internalMap);

            V val = newMap.put(key, value);

            internalMap = newMap;

            return val;

        }

    }

    public V get(Object key) {

        return internalMap.get(key);

    }

    public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> newData) {

        synchronized (this) {

            Map<K, V> newMap = new HashMap<K, V>(internalMap);

            newMap.putAll(newData);

            internalMap = newMap;

        }

    }

}

CopyOnWrite メカニズムを理解していれば、実装は非常に簡単です。さまざまな CopyOnWrite コンテナを実装して、さまざまなアプリケーション シナリオで使用できます。

CopyOnWriteのアプリケーションシナリオ

CopyOnWrite同時コンテナは、読み取りが多く書き込みが少ない同時シナリオで使用されます。たとえば、ホワイトリスト、ブラックリスト、製品カテゴリへのアクセスと更新のシナリオでは、ユーザーはこの Web サイトの検索ボックスにキーワードを入力してコンテンツを検索しますが、一部のキーワードは検索できません。検索できないキーワードはブラックリストに登録され、毎晩更新されます。ユーザーが検索を行うと、現在のキーワードがブラックリストに含まれているかどうかがチェックされ、含まれている場合は検索を実行できないというメッセージが表示されます。実装コードは次のとおりです:

コードは非常にシンプルですが、CopyOnWriteMapを使用する際に注意する必要があることが2つあります:

1. 展開のオーバーヘッドを削減します。実際のニーズに応じて CopyOnWriteMap のサイズを初期化し、書き込み中の CopyOnWriteMap 拡張のオーバーヘッドを回避します。

2. 一括追加を使用します。追加するたびにコンテナがコピーされるため、追加の数を減らすことでコンテナのコピー回数を減らすことができます。たとえば、上記のコードでは addBlackList メソッドを使用します。

CopyOnWriteのデメリット

CopyOnWriteコンテナには多くの利点がありますが、メモリ使用量とデータの一貫性という2つの問題もあります。そのため、開発時には注意が必要です。

メモリ使用量の問題。 CopyOnWrite のコピーオンライト メカニズムにより、書き込み操作が実行されると、古いオブジェクトと新しく書き込まれたオブジェクトという 2 つのオブジェクトが同時にメモリ内に常駐します (注: コピー中は、メモリ内の参照のみが保持されます)。コンテナは書き込み時にのみコピーされ、新しいオブジェクトが作成されて新しいコンテナに追加されますが、古いコンテナ内のオブジェクトはまだ使用されているため、オブジェクト メモリのコピーが 2 つ存在します。これらのオブジェクトが約 200M などの比較的大量のメモリを占有している場合、さらに 100M のデータを書き込むと 300M のメモリが占​​有されるため、Yong GC と Full GC が頻繁に発生する可能性があります。以前は、CopyOnWrite メカニズムを使用して大きなオブジェクトを毎晩更新するサービスをシステムで使用していました。その結果、毎晩 15 秒のフル GC が発生し、アプリケーションの応答時間も長くなりました。

メモリ使用量の問題に対処するには、コンテナ内の要素を圧縮することで、大きなオブジェクトのメモリ消費を減らすことができます。たとえば、要素がすべて 10 進数の場合、36 桁または 64 桁に圧縮することを検討できます。数字。または、CopyOnWrite コンテナを使用せず、ConcurrentHashMap などの他の同時コンテナを使用します。

データの整合性の問題。 CopyOnWrite コンテナはデータの最終的な整合性のみを保証できますが、データのリアルタイムの整合性は保証できません。したがって、書き込まれたデータをすぐに読み出したい場合は、CopyOnWrite コンテナを使用しないでください。

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