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写入时复制（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）同时要求相同资源（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。
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# 1.使用场景
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## 1.1 在文件系统中的应用
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数据的备份或者复制至少处于硬件(硬盘)和操作系统两个层级。硬件备份一般使用RAID0-10的方案，保护硬盘中的数据安全；操作系统中则使用Snapshot(快照)技术来维持数据的安全和有效。人们一直采用数据复制、备份、恢复等技术来保护重要的数据信 息，定期对数据进行备份或复制。由于数据备份过程会影响应用性能，并 且非常耗时，因此数据备份通常被安排在系统负载较轻时进行(如夜 间)。另外，为了节省存储空间，通常结合全量和增量备份技术。为了解决性能和持续运行的问题引入了Snapshot，Snapshot的实现又主要分为split mirror、changed block和current三大类，具体实现方式中会有部分依赖COW技术。
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## 1.2 软件和web系统中的应用
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传统方式下，`fork()函数在创建子进程时直接把所有资源复制给子进程`，即：正文段块，数据段块，堆块，栈块。这种实现方式简单，但是效率低下，而且复制的资源可能对子进程毫无用处。linux为了降低创建子进程的成本，改进fork()实现方式使用COW技术创建子进程。当父进程创建子进程时，内核只为子进程创建虚拟空间，父子两个进程使用的是相同的物理空间。`只有父子进程发生更改时才会为子进程分配独立的物理空间`。
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![[3669053-3b340bc054bdb1e0.png]]
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上图展示从P1进程创建子进程P2时的物理空间使用状况。通过COW技术，fork()延迟了数据拷贝，根据子进程的实际操作最终可能完全避免数据复制，如：子进程创建后运行一个与当前数据无关的可执行文件。
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### Redis中的COW
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Redis的快照就是使用fork()函数创建子进程，由子进程读取数据并持久化到磁盘完成。
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### JDK中的COW
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`CopyOnWriteArrayList`和`CopyOnWriteArraySet`都是使用在读多写少且数据总量不大的场景下，在保证多线程写的原子性的同时又避免了读的冲突和竞争，使用迭代器的时候也绝对不会抛出ConcurrentModificationException。
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