并发编程(五)共享模型之不可变
1. 共享模型之不可变
1.1 日期转换的问题
问题提出,下面的代码在运行时,由于 SimpleDateFormat 不是线程安全的,有很大几率出现 java.lang.NumberFormatException
或者出现不正确的日期解析结果。
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(() -> {
try {
log.debug("{}", sdf.parse("1951-04-21"));
} catch (Exception e) {
log.error("{}", e);
}
}).start();
}
思路 - 同步锁
这样虽能解决问题,但带来的是性能上的损失,并不算很好:
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
for (int i = 0; i < 50; i++) {
new Thread(() -> {
synchronized (sdf) {
try {
log.debug("{}", sdf.parse("1951-04-21"));
} catch (Exception e) {
log.error("{}", e);
}
}
}).start();
}
思路 - 不可变对象
如果一个对象在不能够修改其内部状态(属性),那么它就是线程安全的,因为不存在并发修改啊!这样的对象在Java 中有很多,例如在 Java 8 后,提供了一个新的日期格式化类DateTimeFormatter:
DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd");
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(() -> {
LocalDate date = dtf.parse("2018-10-01", LocalDate::from);
log.debug("{}", date);
}).start();
}
1.2 不可变设计
另一个大家更为熟悉的 String 类也是不可变的,以它为例,说明一下不可变类设计的要素
public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
/** The value is used for character storage. */
private final char value[];
/** Cache the hash code for the string */
private int hash; // Default to 0
// ...
}
final 的使用
发现该类、类中所有属性都是 final 的
- 属性用 final 修饰保证了该属性是只读的,不能修改
- 类用 final 修饰保证了该类中的方法不能被覆盖,防止子类无意间破坏不可变性。
保护性拷贝
但有同学会说,使用字符串时,也有一些跟修改相关的方法啊,比如 substring 等,那么下面就看一看这些方法是如何实现的,就以 substring 为例:
public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
if (beginIndex < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
}
if (endIndex > value.length) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex);
}
int subLen = endIndex - beginIndex;
if (subLen < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
}
// 上面是一些校验,下面才是真正的创建新的String对象
return ((beginIndex == 0) && (endIndex == value.length)) ? this
: new String(value, beginIndex, subLen);
}
发现其内部是调用 String 的构造方法创建了一个新字符串,再进入这个构造看看,是否对 final char[] value 做出了修改:结果发现也没有,构造新字符串对象时,会生成新的 char[] value,对内容进行复制。这种通过创建副本对象来避免共享的手段称之为【保护性拷贝(defensive copy)】
public String(char value[], int offset, int count) {
if (offset < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset);
}
if (count <= 0) {
if (count < 0) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(count);
}
if (offset <= value.length) {
this.value = "".value;
return;
}
}
// Note: offset or count might be near -1>>>1.
if (offset > value.length - count) {
throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset + count);
}
// 上面是一些安全性的校验,下面是给String对象的value赋值,新创建了一个数组来保存String对象的值
this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
}
享元模式
-
简介定义英文名称:Flyweight pattern. 当需要重用数量有限的同一类对象时
-
体现
-
包装类:在JDK中 Boolean,Byte,Short,Integer,Long,Character 等包装类提供了 valueOf 方法,例如 Long 的valueOf 会缓存 -128~127 之间的 Long 对象,在这个范围之间会重用对象,大于这个范围,才会新建 Long 对象:
public static Long valueOf(long l) { final int offset = 128; if (l >= -128 && l <= 127) { // will cache return LongCache.cache[(int)l + offset]; } return new Long(l); }
注意:
Byte, Short, Long 缓存的范围都是 -128~127
Character 缓存的范围是 0~127
Integer的默认范围是 -128~127,最小值不能变,但最大值可以通过调整虚拟机参数"-Djava.lang.Integer.IntegerCache.high
"来改变
Boolean 缓存了 TRUE 和 FALSE -
String 串池
-
BigDecimal BigInteger
-
-
diy:例如:一个线上商城应用,QPS 达到数千,如果每次都重新创建和关闭数据库连接,性能会受到极大影响。 这时预先创建好一批连接,放入连接池。一次请求到达后,从连接池获取连接,使用完毕后再还回连接池,这样既节约了连接的创建和关闭时间,也实现了连接的重用,不至于让庞大的连接数压垮数据库。
public class Test3 {
public static void main(String[] args) {
Pool pool = new Pool(2);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(() -> {
Connection conn = pool.borrow();
try {
Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
pool.free(conn);
}).start();
}
}
}
@Slf4j(topic = "c.Pool")
class Pool {
// 1. 连接池大小
private final int poolSize;
// 2. 连接对象数组
private Connection[] connections;
// 3. 连接状态数组 0 表示空闲, 1 表示繁忙
private AtomicIntegerArray states;
// 4. 构造方法初始化
public Pool(int poolSize) {
this.poolSize = poolSize;
this.connections = new Connection[poolSize];
this.states = new AtomicIntegerArray(new int[poolSize]);
for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
connections[i] = new MockConnection("连接" + (i+1));
}
}
// 5. 借连接
public Connection borrow() {
while(true) {
for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
// 获取空闲连接
if(states.get(i) == 0) {
if (states.compareAndSet(i, 0, 1)) {
log.debug("borrow {}", connections[i]);
return connections[i];
}
}
}
// 如果没有空闲连接,当前线程进入等待
synchronized (this) {
try {
log.debug("wait...");
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
// 6. 归还连接
public void free(Connection conn) {
for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
if (connections[i] == conn) {
states.set(i, 0);
synchronized (this) {
log.debug("free {}", conn);
this.notifyAll();
}
break;
}
}
}
}
class MockConnection implements Connection {
......
}
以上实现没有考虑:
- 连接的动态增长和收缩
- 连接保活(可用性检测)
- 等待超时处理
- 分布式hash
对于关系型数据库,可以考虑c3p0,druid
对于更通用的对象池,可以考虑apache commons pool
final的原理
设置 final 变量的原理
-
理解了 volatile 原理,再对比 final 的实现就比较简单了
public class TestFinal { final int a=20; }
字节码
0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: aload_0 5: bipush 20 7: putfield #2 // Field a:I <-- 写屏障 10: return
-
final变量的赋值操作都必须在定义时或者构造器中进行初始化赋值,并发现 final 变量的赋值也会通过 putfield 指令来完成,同样在这条指令之后也会加入写屏障,保证在其它线程读到它的值时不会出现为 0 的情况。
1.3 本章小结
- 不可变类使用
- 不可变类设计
- 原理方面:final
- 模式方面
- 享元模式-> 设置线程池
本文地址:https://blog.csdn.net/weixin_44050144/article/details/112785924
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