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() 和 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。