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Java 并发编程(四):如何保证对象的线程安全性

程序员文章站 2022-03-21 18:09:25
01、前言 先让我吐一句肺腑之言吧,不说出来会憋出内伤的。《Java 并发编程实战》这本书太特么枯燥了,尽管它被奉为并发编程当中的经典之作,但我还是忍不住。因为第四章“对象的组合”我整整啃了两周的时间,才啃出来点肉丝。 读者朋友们见谅啊。要怪只能怪我自己的学习能力有限,真读不了这种生硬无趣的技术书。 ......

01、前言

先让我吐一句肺腑之言吧,不说出来会憋出内伤的。《java 并发编程实战》这本书太特么枯燥了,尽管它被奉为并发编程当中的经典之作,但我还是忍不住。因为第四章“对象的组合”我整整啃了两周的时间,才啃出来点肉丝。

读者朋友们见谅啊。要怪只能怪我自己的学习能力有限,真读不了这种生硬无趣的技术书。但是为了学习,为了进步,为了将来(口号喊得有点大了),只能硬着头皮上。

请随我来,我尽量写得有趣点。

02、线程安全类

作者说了啊,设计一个线程安全类需要三个步骤:

1)找出表示对象状态的所有变量
2)对变量进行有效性约束
3)增加类的并发访问策略

我在作者说的基础上做了微调,读起来更加容易理解。怎么和代码对应起来了,先来看一个普通的计数器类 counter。

public class counter {
    private int value = 0;

    public int getvalue() {
        return value;
    }

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

1)counter 的状态变量只有一个,就是 value。

2)value 的有效性是什么呢,它最大不能超过 integer.max_value,最小只能为 0(计数嘛,总不能记成负数)。换句话说就是,value 的有效范围是 0 ~ integer.max_value

public int increment() {
    if (value == integer.max_value) {
        throw new illegalstateexception("counter overflow");
    }
    return ++value;
}

3)增加类的并发访问策略,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、非线程安全的对象

之前我们谈了如何设计一个线程安全的类。如果类是安全的,那么它作为对象使用的时候就是线程安全的。但如果一个类不是线程安全的,它作为对象使用的时候怎么保证是线程安全的呢?

作者提到了一个名词叫做“封闭机制”:

1)把对象作为类的私有成员变量;
2)把对象作为方法内部的局部变量;
3)线程 a 把对象传递到 b 线程,而不是与线程 b 共享这个对象;

大家来看下面这段代码。

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 不是线程安全的,但 mylist 是私有的,访问它的两个方法 addstring()removestring() 都加了关键字 synchronized,因此 mylist 在使用的时候就变成了线程安全的对象,stringlist 类就变成了一个线程安全的类——这种方式被称作 java 监视器模式:可变的状态被封装在一个类中,访问它们只能通过加上锁的方法。

查看 vector 的源码,你会发现,它之所以是线程安全的,就是采用的这种监视器模式

04、在已有的线程安全类上追加功能

假如现在有一个线程安全的类,比如之前提到的 stringlist,它包含了大多数我们需要的功能,但还不够,那么怎么确保我们追加的功能不破坏原有的线程安全性呢?

最直接的方法当然是修改源码,假如源码掌握在我们自己手里的话。

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);
        }
    }
}

我们新增了一个 addifnotexist() 方法:如果字符串 s 还没有添加到 list 当中,就添加一个。

新增的方法没有破坏 stringlist 的线程安全性,因为当两个线程同时执行 addifnotexist() 方法时,需要经过 synchronized 把守的这道大门。

但很多时候,我们无法直接修改源码,这时候就只好在原来的基础上进行改造。大家听过之前的“红芯”浏览器吗?在谷歌浏览器的内核上裹了一层层皇帝的新衣。

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);
        }
    }
}

新建一个类 newstringlist,继承自 stringlist,然后在 newstringlist 中新增一个方法 addifnotexist()。当然了,这样做的前提是父类中的 mylist 是 protected 而不是 private 的。因此,这种做法不具有普适性。

05、最后

站在我的角度来看,《java 并发编程实战》的第四章“对象的组合”写得烂透了。导致我在写这篇文章的时候感觉到万分的痛苦。希望下一章不要写的这么烂。

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上上篇:java 并发编程(二):线程安全性

上上上篇:java 并发编程(一):入门篇

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