Java 併發編程(四):如何保證對象的線程安全性

来源:https://www.cnblogs.com/qing-gee/archive/2019/11/06/11802921.html
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01、前言 先讓我吐一句肺腑之言吧,不說出來會憋出內傷的。《Java 併發編程實戰》這本書太特麽枯燥了,儘管它被奉為併發編程當中的經典之作,但我還是忍不住。因為第四章“對象的組合”我整整啃了兩周的時間,才啃出來點肉絲。 讀者朋友們見諒啊。要怪只能怪我自己的學習能力有限,真讀不了這種生硬無趣的技術書。 ...


01、前言

先讓我吐一句肺腑之言吧,不說出來會憋出內傷的。《Java 併發編程實戰》這本書太特麽枯燥了,儘管它被奉為併發編程當中的經典之作,但我還是忍不住。因為第四章“對象的組合”我整整啃了兩周的時間,才啃出來點肉絲。

讀者朋友們見諒啊。要怪只能怪我自己的學習能力有限,真讀不了這種生硬無趣的技術書。但是為了學習,為了進步,為了將來(口號喊得有點大了),只能硬著頭皮上。

請隨我來,我儘量寫得有趣點。

02、線程安全類

作者說了啊,設計一個線程安全類需要三個步驟:

1)找出表示對象狀態的所有變數
2)對變數進行有效性約束
3)增加類的併發訪問策略

我在作者說的基礎上做了微調,讀起來更加容易理解。怎麼和代碼對應起來了,先來看一個普通的計數器類 Counter。

public class Counter {
    private int value = 0;

    public int getValue() {
        return value;
    }

    public int increment() {
        return ++value;
    }
}

1)Counter 的狀態變數只有一個,就是 value。

2)value 的有效性是什麼呢,它最大不能超過 Integer.MAX_VALUE,最小隻能為 0(計數嘛,總不能記成負數)。換句話說就是,value 的有效範圍是 0 ~ Integer.MAX_VALUE

public int increment() {
    if (value == Integer.MAX_VALUE) {
        throw new IllegalStateException("counter overflow");
    }
    return ++value;
}

3)增加類的併發訪問策略,直接上 synchronized。

public class Counter {
    private int value = 0;

    public synchronized int getValue() {
        return value;
    }

    public synchronized int increment() {
        if (value == Integer.MAX_VALUE) {
            throw new IllegalStateException("counter overflow");
        }
        return ++value;
    }
}

03、非線程安全的對象

之前我們談瞭如何設計一個線程安全的類。如果類是安全的,那麼它作為對象使用的時候就是線程安全的。但如果一個類不是線程安全的,它作為對象使用的時候怎麼保證是線程安全的呢?

作者提到了一個名詞叫做“封閉機制”:

1)把對象作為類的私有成員變數;
2)把對象作為方法內部的局部變數;
3)線程 A 把對象傳遞到 B 線程,而不是與線程 B 共用這個對象;

大家來看下麵這段代碼。

class StringList {
    private List<String> myList = new ArrayList<>();
    
    public synchronized void addString(String s) {
        myList.add(s);
    }
    
    public synchronized void removeString(String s) {
        myList.remove(s);
    }
}

本身 ArrayList 不是線程安全的,但 myList 是私有的,訪問它的兩個方法 addString()removeString() 都加了關鍵字 synchronized,因此 myList 在使用的時候就變成了線程安全的對象,StringList 類就變成了一個線程安全的類——這種方式被稱作 Java 監視器模式:可變的狀態被封裝在一個類中,訪問它們只能通過加上鎖的方法。

查看 Vector 的源碼,你會發現,它之所以是線程安全的,就是採用的這種監視器模式

04、在已有的線程安全類上追加功能

假如現在有一個線程安全的類,比如之前提到的 StringList,它包含了大多數我們需要的功能,但還不夠,那麼怎麼確保我們追加的功能不破壞原有的線程安全性呢?

最直接的方法當然是修改源碼,假如源碼掌握在我們自己手裡的話。

class StringList {
    private List<String> myList = new ArrayList<>();
    
    public synchronized void addString(String s) {
        myList.add(s);
    }
    
    public synchronized void addIfNotExist(String s) {
        boolean isExist = myList.contains(s);
        if (!isExist) {
            myList.add(s);
        }
    }
}

我們新增了一個 addIfNotExist() 方法:如果字元串 s 還沒有添加到 List 當中,就添加一個。

新增的方法沒有破壞 StringList 的線程安全性,因為當兩個線程同時執行 addIfNotExist() 方法時,需要經過 synchronized 把守的這道大門。

但很多時候,我們無法直接修改源碼,這時候就只好在原來的基礎上進行改造。大家聽過之前的“紅芯”瀏覽器嗎?在谷歌瀏覽器的內核上裹了一層層皇帝的新衣。

class StringList {
    protected List<String> myList = new ArrayList<>();
    
    public synchronized void addString(String s) {
        myList.add(s);
    }
}

public class NewStringList extends StringList {
    public synchronized void addIfNotExist(String s) {
        boolean isExist = myList.contains(s);
        if (!isExist) {
            myList.add(s);
        }
    }
}

新建一個類 NewStringList,繼承自 StringList,然後在 NewStringList 中新增一個方法 addIfNotExist()。當然了,這樣做的前提是父類中的 myList 是 protected 而不是 private 的。因此,這種做法不具有普適性。

05、最後

站在我的角度來看,《Java 併發編程實戰》的第四章“對象的組合”寫得爛透了。導致我在寫這篇文章的時候感覺到萬分的痛苦。希望下一章不要寫的這麼爛。

上一篇:Java 併發編程(三):如何保證共用變數的可見性?

上上篇:Java 併發編程(二):線程安全性

上上上篇:Java 併發編程(一):入門篇

謝謝大家的閱讀,原創不易,喜歡就點個贊,這將是我最強的寫作動力。如果你覺得文章對你有所幫助,也蠻有趣的,就微信搜索「沉默王二」,關註後回覆關鍵字《Java 併發編程實戰》,即可獲取該書的電子版(推薦購買紙質書)。


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