CopyOnWrite

写入时复制

(英语:Copy-on-write,简称COW)是一种计算机程序设计领域的优化策略。其核心思想是,如果有多个调用者(callers)同时请求相同资源(如内存或磁盘上的数据存储),他们会共同获取相同的指针指向相同的资源,直到某个调用者试图修改资源的内容时,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)。此作法主要的优点是如果调用者没有修改该资源,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。

虚拟内存管理中的写时复制

一般把这种被共享访问的页面标记为只读。当一个task试图向内存中写入数据时,内存管理单元(MMU)抛出一个异常,内核处理该异常时为该task分配一份物理内存并复制数据到此内存,重新向MMU发出执行该task的写操作。

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数据存储中的写时复制

Linux等的文件管理系统使用了写时复制策略。
数据库服务器也一般采用了写时复制策略,为用户提供一份snapshot。

软件应用中的写时复制

C++标准程序库中的std::string类,在C++98/C++03标准中是允许写时复制策略。但在C++11标准中为了提高并行性取消了这一策略。[1] GCC从版本5开始,std::string不再采用COW策略。

CopyOnWrite容器

CopyOnWrite容器即写时复制的容器。通俗的理解是当我们往一个容器添加元素的时候,不直接往当前容器添加,而是先将当前容器进行Copy,复制出一个新的容器,然后新的容器里添加元素,添加完元素之后,再将原容器的引用指向新的容器。这样做的好处是我们可以对CopyOnWrite容器进行并发的读,而不需要加锁,因为当前容器不会添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想,读和写不同的容器。

CopyOnWriteArrayList分析

  • CopyOnWriteArrayList的整个add操作都是在锁的保护下进行的。
    这样做是为了避免在多线程并发add的时候,复制出多个副本出来,把数据搞乱了,导致最终的数组数据不是我们期望的。
 public boolean add(E e) {
    //1、先加锁
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        //2、拷贝数组
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        //3、将元素加入到新数组中
        newElements[len] = e;
        //4、将array引用指向到新数组
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
       //5、解锁
        lock.unlock();
    }
}

处理并发读

线程并发的写,则通过锁来控制,如果有线程并发的读,则分几种情况:
1、如果写操作未完成,那么直接读取原数组的数据;
2、如果写操作完成,但是引用还未指向新数组,那么也是读取原数组数据;
3、如果写操作完成,并且引用已经指向了新的数组,那么直接从新数组中读取数据。

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