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CopyOnWriteArraySet是一个线程安全的无序集合#xff0c;它基于“写时复制”的思想实现。它继承自AbstractSet#xff0c;可以将其理解成线程安全的HashSet。
CopyOnWriteArraySet在读取操作比较频繁、写入操作相对较少的情况下可以提高程序的性能和可靠性。它的线程…
简介
CopyOnWriteArraySet是一个线程安全的无序集合它基于“写时复制”的思想实现。它继承自AbstractSet可以将其理解成线程安全的HashSet。
CopyOnWriteArraySet在读取操作比较频繁、写入操作相对较少的情况下可以提高程序的性能和可靠性。它的线程安全机制和CopyOnWriteArrayList一样是通过volatile和互斥锁实现的。 应用场景
CopyOnWriteArraySet的应用场景主要是在并发编程中特别是那些需要高并发的场景。它适用于数据量较小且读多写少的场景例如一个Web应用程序中的用户状态信息这是一个读取操作远多于写入操作的典型场景。
它的线程安全机制避免了在迭代过程中其他线程对集合的修改操作引发的并发冲突使得在迭代过程中可以安全地进行读取操作。然而由于CopyOnWriteArraySet的写时复制机制它可能存在一些性能开销因此如果需要频繁的写入操作可能不适合使用CopyOnWriteArraySet。
总的来说CopyOnWriteArraySet适合用在读多写少、对数据一致性要求不高、对线程安全性要求高的场景。 性能问题
CopyOnWriteArraySet的性能问题主要集中在以下几个方面
写操作的开销 由于CopyOnWriteArraySet采用的是写时复制的策略每次写操作都需要复制一份底层数组这会导致写操作的开销比较大。如果写操作比较频繁可能会影响程序的性能。内存占用 由于每次写操作都需要复制一份底层数组这会导致内存占用比较高。如果集合中的元素数量比较大可能会导致内存溢出的问题。迭代器的性能 由于CopyOnWriteArraySet的迭代器是基于底层数组的快照实现的如果在迭代过程中底层数组发生变化迭代器不会反映这些变化。这可能会导致迭代器的性能不稳定甚至引发并发问题。
针对以上问题可以考虑以下优化策略
使用其他线程安全集合类 如果写操作比较频繁可以考虑使用其他线程安全集合类如ConcurrentHashMap或ConcurrentSkipListSet等。这些集合类采用了不同的同步策略可以更好地支持并发访问。控制集合的大小 如果集合中的元素数量比较大可以考虑控制集合的大小避免内存溢出的问题。例如可以设置集合的最大容量当元素数量超过最大容量时进行清理或压缩操作。减少迭代操作 如果迭代操作比较频繁可以考虑减少迭代操作的次数或使用其他方式来访问集合中的元素。例如可以使用流Stream API 来处理集合中的元素避免使用迭代器。 需要注意的是在选择和优化线程安全集合类时需要根据具体的应用场景和需求进行权衡和选择。 源码解析
CopyOnWriteArraySet的源码实现相对比较简单主要基于CopyOnWriteArrayList实现。以下是对CopyOnWriteArraySet源码的简单讲解
public class CopyOnWriteArraySetE extends AbstractSetE {private final ListE array;public CopyOnWriteArraySet() {this.array new CopyOnWriteArrayList();}Overridepublic boolean add(E e) {return array.add(e);}Overridepublic boolean remove(Object o) {return array.remove(o);}Overridepublic boolean contains(Object o) {return array.contains(o);}Overridepublic int size() {return array.size();}Overridepublic IteratorE iterator() {return new COWIterator(array.listIterator());}
}在CopyOnWriteArraySet中所有的操作都是通过调用CopyOnWriteArrayList的实现来完成的。CopyOnWriteArrayList的实现细节可以参考之前对CopyOnWriteArrayList的讲解。其中COWIterator是一个简单的迭代器实现用于包装ListIterator并确保线程安全。在迭代过程中COWIterator会持有一个快照不允许修改操作。 扩容机制
CopyOnWriteArraySet的扩容机制是基于CopyOnWriteArrayList实现的。当集合的元素数量超过当前数组的容量时会创建一个新的数组然后将原数组中的元素复制到新数组中。这个过程是线程安全的因为整个复制过程是一个原子操作。
具体的扩容过程如下
当集合的元素数量超过当前数组的容量时会创建一个新的数组大小是原数组的两倍。然后将原数组中的元素复制到新数组中每个元素复制的顺序是按照它们在原数组中的顺序。复制完成后将原数组清空并将新数组赋值给集合的内部数组。
这种扩容机制的优点是可以在多线程环境下实现高效的并发访问因为复制操作是一个原子操作不会受到其他线程的干扰。同时由于每次扩容时都会创建一个新的数组因此可以避免因为元素插入导致的数组重新排列的开销。但是由于每次扩容都需要创建一个新的数组并复制元素所以如果集合中的元素数量非常大扩容过程可能会比较耗时。
与CopyOnWriteArrayList的区别
CopyOnWriteArraySet和CopyOnWriteArrayList都是基于“写时复制”的思想实现的线程安全的数据结构适用于读多写少的场景。它们的主要区别在于
数据结构CopyOnWriteArraySet是Set而CopyOnWriteArrayList是List。因此CopyOnWriteArraySet不允许存放重复值而CopyOnWriteArrayList可以。存储方式CopyOnWriteArraySet内部持有一个CopyOnWriteArrayList引用所有的操作都是由CopyOnWriteArrayList来实现的。它是无序的不允许存放重复值。迭代器行为CopyOnWriteArraySet的迭代器使用了“快照”技术存储了内部数组快照不支持remove、set、add操作但通过迭代器进行并发读取时效率很高。这是与CopyOnWriteArrayList的主要区别。 两者都是线程安全的数据结构适用于读多写少的场景。主要区别在于数据结构、存储方式和迭代器行为。 代码示例
在多线程环境下可以使用CopyOnWriteArraySet来保证线程安全。以下是一个简单的示例
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;public class Example {private static CopyOnWriteArraySetString set new CopyOnWriteArraySet();public static void main(String[] args) {new Thread(() - {for (int i 0; i 5000; i) {set.add(a System.currentTimeMillis());}}).start();new Thread(() - {for (int i 0; i 5000; i) {set.add(b System.currentTimeMillis());}}).start();}
}在这个示例中我们创建了一个CopyOnWriteArraySet并启动了两个线程每个线程都向集合中添加元素。由于CopyOnWriteArraySet是线程安全的因此在迭代过程中其他线程对集合的修改操作不会引发并发冲突。 拓展
线程安全集合类 除了CopyOnWriteArraySet和CopyOnWriteArrayListJava中还有其他一些线程安全的集合类包括
ConcurrentHashMap线程安全的Map实现使用分段锁技术实现并发访问。ConcurrentSkipListMap基于跳表Skip List实现的线程安全Map具有较高的并发性能。ConcurrentLinkedQueue基于链接节点的线程安全队列支持高效的并发访问。ConcurrentSkipListSet基于跳表Skip List实现的线程安全Set具有较高的并发性能。
这些线程安全集合类的使用方法和普通的集合类类似但它们能够在多线程环境下提供更好的并发性能和数据安全性。 CopyOnWriteArrayList讲解 快点我呀✋ 更多集合 ConcurrentLinkedDeque详解-Deque接口链表实现方案 ArrayDeque详解-Deque接口数组实现方案 LinkedList详解-Deque接口链表实现方案 Java中Deque接口方法解析
