Copy-on-Write，缩写为COW或者CoW，顾名思义就是写时复制。
1. Copy-on-Write模式的应用领域
- 操作系统
Unix创建进程的API是fork()，会创建父进程的一个完整副本，如父进程占用1G内存，fork()子进程要复制父进程的整个内存，非常耗时；Linux系统fork()子进程，先不复制，让父子进程共享同一个地址空间；只用在父进程或者子进程需要写入的时候才会复制地址空间，从而使父子进程拥有各自的地址空间。
本质上来讲，父子进程的地址空间以及数据都是要隔离的，使用Copy-on-Write更多地体现的是一种延时策略，只有在真正需要复制的时候才复制，而不是提前复制好，同时Copy-on-Write还支持按需复制。
此外文件系统、Docker容器镜像的设计，Git等。
- Copy-on-Write最大的应用领域还是在函数式编程领域
函数式编程的基础是不可变性（Immutability），所以函数式编程里面所有的修改操作都需要Copy-on-Write来解决。
2. 一个真实案例
一个RPC框架，服务提供方是多实例分布式部署的，所以客户端在调用RPC的时候，会选定一个服务实例来调用，这个选定的过程本质上就是在做负载均衡，而做负载均衡的前提是客户端要有全部的路由信息。如下图A服务的提供方有3个实例。
RPC框架的一个核心任务就是维护服务的路由关系，我们可以把服务的路由关系简化成下图所示的路由表。当服务提供方上线或者下线的时候，就需要更新客户端的这张路由表。
每次RPC调用都需要通过负载均衡器来计算目标服务的IP和端口号，而负载均衡器需要通过路由表获取接口的所有路由信息。每次RPC调用都需要访问路由表，访问路由表的操作性能要求很高。路由表对数据的一致性要求并不高，典型的读多写少。CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet天生就适用这种场景。
RouteTable这个类内部我们通过ConcurrentHashMap<String, CopyOnWriteArraySet<Router>>这个数据结构来描述路由表，ConcurrentHashMap的Key是接口名，Value是路由集合。
Router的设计有两种选择：
- 通过更新Router的一个状态位来标识，结果所有访问该状态位的地方都需要同步访问，这样很影响性能;
- 采用Immutability模式，每次上线、下线都创建新的Router对象或者删除对应的Router对象。由于上线、下线的频率很低，所以后者是最好的选择。
//路由信息
public final class Router {
private final String ip;
private final Integer port;
private final String iface;
//构造函数
public Router(String ip, Integer port, String iface) {
this.ip = ip;
this.port = port;
this.iface = iface;
}
//重写equals方法
public boolean equals(Object obj) {
if (obj instanceof Router) {
Router r = (Router) obj;
return iface.equals(r.iface) && ip.equals(r.ip) && port.equals(r.port);
}
return false;
}
public int hashCode() {
// 省略hashCode相关代码
}
}
//路由表信息
public class RouterTable {
//Key:接口名
//Value:路由集合
ConcurrentHashMap<String, CopyOnWriteArraySet<Router>> rt = new ConcurrentHashMap<>();
//根据接口名获取路由表
public Set<Router> get(String iface) {
return rt.get(iface);
}
//删除路由
public void remove(Router router) {
Set<Router> set = rt.get(router.iface);
if (set != null) {
set.remove(router);
}
}
//增加路由
public void add(Router router) {
Set<Router> set = rt.computeIfAbsent(route.iface, r -> new CopyOnWriteArraySet<>());
set.add(router);
}
}
3. 总结
Copy-on-Write是一项非常通用的技术方案，缺点是比较耗内存，随着GC的成熟和硬件的发展，已经可以接受。
4. 课后思考
Java提供了CopyOnWriteArrayList，为什么没有提供CopyOnWriteLinkedList呢？
