Java集合-讀寫的場景

1 讀多寫少的場景

**CopyOnWrite的思想。**讀數(shù)據(jù)不加鎖，寫數(shù)據(jù)的時候利用拷貝的副本來執(zhí)行。

ReadWriteLock的思想也可以。

那么 寫線程現(xiàn)在把副本數(shù)組給修改完了，現(xiàn)在怎么才能讓讀線程感知到這個變化呢？

配合volatile關鍵字的使用，核心就是讓一個變量被寫線程給修改之后，立馬讓其他線程可以讀到這個變量引用的最近的值。 所以一旦線程搞定了副本數(shù)組的修改之后，那么就可以用volatile寫的方式，把這個副本數(shù)組賦值給volatile修飾的那個數(shù)組的引用變量了。只要一賦值給那個volatile修飾的變量，立馬就會對讀線程可見，大家就能看到最新的數(shù)組了。

那么要是多個線程要同時更新呢？那搞出來 多個副本會不會有什么問題？

不會，因為加入一個lock鎖的機制，也就是同一時間只能有一個線程可以更新。

2 讀少寫多的場景

優(yōu)化思路總結(jié)：

• 給每個用戶信息配一把鎖，把用戶信息存在數(shù)組中，array[drive_id]=driver_info.如果數(shù)據(jù)量不大，這種方案可行。如果數(shù)據(jù)量非常大，會非常耗內(nèi)存；
• 水平切分，按照driver_id進行哈希，比如對10000進行取模，則把司機信息切分成1w組，用1w個map來存放司機信息。面對大數(shù)據(jù)時這種方法非常適合；
• 去掉鎖，存放的時候仍然以KV的map來存放，但是value不是在單獨的driver_info, 而是先給driver_info生成一個簽名，然后將簽名+driver_info分兩步寫到定長的內(nèi)存中，作為value存放。取得時候，對value中的driver_info先生成簽名，然后跟取出來的簽名比較。如果一樣，說明driver_info沒有發(fā)生竟態(tài)寫。

(1) 需求緣起

【業(yè)務場景】

有一類寫多讀少的場景：大部分請求是對數(shù)據(jù)進行修改，少部分請求對數(shù)據(jù)讀取；

例子1： 例子1：滴滴打車，某個司機地理位置信息的變化（可能每幾秒鐘有一個修改），以及司機地理位置的讀取（用戶打車的時候查看某個司機的地理位置）。

void SetDriverInfo(long driver_id, DriverInfoi); // 大量請求調(diào)用修改司機信息，可能主要是GPS位置的修改

DriverInfo GetDriverInfo(long driver_id); // 少量請求查詢司機信息

【底層實現(xiàn)】

具體到底層實現(xiàn)往往就是一個Map(本質(zhì)上是一個定長key，定長value的緩存結(jié)構(gòu))來存儲司機的信息，或者某個類型的計數(shù)。

【臨界資源】

這個Map存儲了所有信息，當并發(fā)讀寫訪問時，它作為臨界資源，在讀寫之前，一般要進行加鎖操作，以司機信息為例：

void SetDriverInfo(long driver_id, DriverInfoinfo){WriteLock (m_lock);Map= info;UnWriteLock(m_lock);}DriverInfo GetDriverInfo(long driver_id){DriverInfo t;ReadLock(m_lock);t= Map;UnReadLock(m_lock);return t;}

【并發(fā)鎖瓶頸】

假設滴滴有100w司機同時在線，每個司機沒5秒更新一次經(jīng)緯度狀態(tài)，那么每秒就有20w次寫并發(fā)操作。假設滴滴日訂單1000w個，平均每秒大概也有300個下單，對應到查詢并發(fā)量，可能是1000級別的并發(fā)讀操作。

上述實現(xiàn)方案沒有任何問題，但在并發(fā)量很大的時候（每秒20w寫，1k讀），鎖m_lock會成為潛在瓶頸，在這類高并發(fā)環(huán)境下寫多讀少的業(yè)務倉井，如何來進行優(yōu)化，是本文將要討論的問題。

(2) 水平切分+鎖粒度優(yōu)化

上文中之所以鎖沖突嚴重，是因為所有司機都公用一把鎖，鎖的粒度太粗（可以認為是一個數(shù)據(jù)庫的“庫級別鎖”），是否可能進行水平拆分（類似于數(shù)據(jù)庫里的分庫），把一個庫鎖變成多個庫鎖，來提高并發(fā)，降低鎖沖突呢？顯然是可以的，把1個Map水平切分成多個Map即可：

void SetDriverInfo(long driver_id, DriverInfoinfo){i= driver_id % N; // 水平拆分成N份，N個Map，N個鎖WriteLock (m_lock [i]); //鎖第i把鎖Map[i]<driver_id>= info; // 操作第i個MapUnWriteLock (m_lock[i]); // 解鎖第i把鎖 }

每個Map的并發(fā)量（變成了1/N）和數(shù)據(jù)量都降低（變成了1/N）了，所以理論上，鎖沖突會成平方指數(shù)降低。

分庫之后，仍然是庫鎖，有沒有辦法變成數(shù)據(jù)庫層面所謂的“行級鎖”呢，難道要把x條記錄變成x個Map嗎，這顯然是不現(xiàn)實的。

(3) Map變Array+最細鎖粒度優(yōu)化

假設driver_id是遞增生成的，并且緩存的內(nèi)存比較大，是可以把Map優(yōu)化成Array，而不是拆分成N個Map，是有可能把鎖的粒度細化到最細的（每個記錄一個鎖）。

void SetDriverInfo(long driver_id, DriverInfoinfo){index= driver_id;WriteLock (m_lock [index]); //超級大內(nèi)存，一條記錄一個鎖，鎖行鎖Array[index]= info; //driver_id就是Array下標UnWriteLock (m_lock[index]); // 解鎖行鎖 }

和上一個方案相比，這個方案使得鎖沖突降到了最低，但鎖資源大增，在數(shù)據(jù)量非常大的情況下，一般不這么搞。數(shù)據(jù)量比較小的時候，可以一個元素一個鎖的（典型的是連接池，每個連接有一個鎖表示連接是否可用）。

上文中提到的另一個例子，用戶操作類型計數(shù)，操作類型是有限的，即使一個type一個鎖，鎖的沖突也可能是很高的，還沒有方法進一步提高并發(fā)呢？

(3)把鎖去掉，變成無鎖緩存

【無鎖的結(jié)果】

void AddCountByType(long type /*, int count*/){//不加鎖Array[type]++; // 計數(shù)++//Array[type] += count; // 計數(shù)增加count }

如果這個緩存不加鎖，當然可以達到最高的并發(fā)，但是多線程對緩存中同一塊定長數(shù)據(jù)進行操作時，有可能出現(xiàn)不一致的數(shù)據(jù)塊，這個方案為了提高性能，犧牲了一致性。在讀取計數(shù)時，獲取到了錯誤的數(shù)據(jù)，是不能接受的（作為緩存，允許cache miss，卻不允許讀臟數(shù)據(jù)）。

加上簽名之后，不但緩存要寫入定長value本身，還要寫入定長簽名（例如16bitCRC校驗）：

（1）線程1對緩存進行操作，對key想要寫入value1，寫入簽名v1-sign；

（2）線程2對緩存進行操作，對key想要寫入value2，寫入簽名v2-sign；

（3）如果不加鎖，線程1和線程2對同一個定長區(qū)域進行一個并發(fā)的寫操作，可能每個線程寫成功一半，導致出現(xiàn)臟數(shù)據(jù)產(chǎn)生，最終的結(jié)果即不是value1也不是value2，而是一個亂七八糟的不符合預期的值value-unexpected，但簽名，一定是v1-sign或者v2-sign中的任意一個；

畫外音：16bit/32bit的寫可以保證原子性。

（4）數(shù)據(jù)讀取的時候，不但要取出value，還要像消息接收方收到消息一樣，校驗一下簽名，如果發(fā)現(xiàn)簽名不一致，緩存則返回NULL，即cache miss；

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【Java面试高频-集合】- 读写的场景设计集合是怎么样？对于读多写少要如何设计的呢？对于读少写多又该如何设计呢？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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