JAVA中写时复制(Copy-On-Write)Map实现

1，什么是写时复制(Copy-On-Write)容器？

写时复制是指：在并发访问的情景下，当需要修改JAVA中Containers的元素时，不直接修改该容器，而是先复制一份副本，在副本上进行修改。修改完成之后，将指向原来容器的引用指向新的容器(副本容器)。

2，写时复制带来的影响

①由于不会修改原始容器，只修改副本容器。因此，可以对原始容器进行并发地读。其次，实现了读操作与写操作的分离，读操作发生在原始容器上，写操作发生在副本容器上。

②数据一致性问题：读操作的线程可能不会立即读取到新修改的数据，因为修改操作发生在副本上。但最终修改操作会完成并更新容器，因此这是最终一致性。

3，在JDK中提供了CopyOnWriteArrayList类和CopyOnWriteArraySet类，但是并没有提供CopyOnWriteMap的实现。因此，可以参考CopyOnWriteArrayList自己实现一个CopyOnWriteHashMap

这里主要是实现 在写操作时，如何保证线程安全。

import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
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>(100);//初始大小应根据实际应用来指定
}

@Override
public V put(K key, V value) {
synchronized (this) {
Map<K, V> newMap = new HashMap<K, V>(internalMap);//复制出一个新HashMap
V val = newMap.put(key, value);//在新HashMap中执行写操作
internalMap = newMap;//将原来的Map引用指向新Map
return val;
}
}

@Override
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
synchronized (this) {
Map<K, V> newMap = new HashMap<K, V>(internalMap);
newMap.putAll(m);
internalMap = newMap;
}

}

@Override
public V get(Object key) {
V result = internalMap.get(key);
return result;
}
......//other methods inherit from interface Map
}

从上可以看出，对于put() 和 putAll() 而言，需要加锁。而读操作则不需要，如get(Object key)。这样，当一个线程需要put一个新元素时，它先锁住当前CopyOnWriteMap对象，并复制一个新HashMap，而其他的读线程因为不需要加锁，则可继续访问原来的HashMap。

4，应用场景

CopyOnWrite容器适用于读多写少的场景。因为写操作时，需要复制一个容器，造成内存开销很大，也需要根据实际应用把握初始容器的大小。

不适合于数据的强一致性场合。若要求数据修改之后立即能被读到，则不能用写时复制技术。因为它是最终一致性。

总结：写时复制技术是一种很好的提高并发性的手段。

参考资料：

聊聊并发-Java中的Copy-On-Write容器

Java 集合系列10之 HashMap详细介绍(源码解析)和使用示例