写入时复制（CopyOnWrite）

2020-04-18 19:30:31

一、CopyOnWrite 思想

写入时复制（CopyOnWrite，简称COW）思想是计算机程序设计领域中的一种通用优化策略。其核心思想是，如果有多个调用者（Callers）同时访问相同的资源（如内存或者是磁盘上的数据存储），他们会共同获取相同的指针指向相同的资源，直到某个调用者修改资源内容时，系统才会真正复制一份专用副本（private copy）给该调用者，而其他调用者所见到的最初的资源仍然保持不变。这过程对其他的调用者都是透明的（transparently）。此做法主要的优点是如果调用者没有修改资源，就不会有副本（private copy）被创建，因此多个调用者只是读取操作时可以共享同一份资源。

通俗易懂的讲，写入时复制技术就是不同进程在访问同一资源的时候，只有更新操作，才会去复制一份新的数据并更新替换，否则都是访问同一个资源。

JDK 的 CopyOnWriteArrayList 容器正是采用了 COW 思想，它是如何工作的呢？简单来说，就是平时查询的时候，都不需要加锁，随便访问，只有在更新的时候，才会从原来的数据复制一个副本出来，然后修改这个副本，最后把原数据替换成当前的副本。修改操作的同时，读操作不会被阻塞，而是继续读取旧的数据。这点要跟读写锁区分一下。

二、源码分析

我们先来看看 CopyOnWriteArrayList 的 add() 方法，其实也非常简单，就是在访问的时候加锁，拷贝出来一个副本，先操作这个副本，再把现有的数据替换为这个副本。

    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();
        }
    }

CopyOnWriteArrayList 的 get(int index) 方法就是普通的无锁访问。

    public E get(int index) {
        return get(getArray(), index);
    }
    
    @SuppressWarnings("unchecked")
    private E get(Object[] a, int index) {
        return (E) a[index];
    }

三、优点和缺点

1.优点

对于一些读多写少的数据，写入时复制的做法就很不错，例如配置、黑名单、物流地址等变化非常少的数据，这是一种无锁的实现。可以帮我们实现程序更高的并发。

CopyOnWriteArrayList 并发安全且性能比 Vector 好。Vector 是增删改查方法都加了synchronized 来保证同步，但是每个方法执行的时候都要去获得锁，性能就会大大下降，而 CopyOnWriteArrayList 只是在增删改上加锁，但是读不加锁，在读方面的性能就好于 Vector。