《重新学习多线程》-- 不可变对象设计以及享元模式

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SimpleDateFormat

SimpleDateFormat 是一个线程不安全的对象,即多线程操作一个sdf对象时,会出现错误,示例代码:

private static void test() {
    SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        new Thread(() -> {
            synchronized (sdf) {
                try {
                    log.debug("{}", sdf.parse("1951-04-21"));
                } catch (Exception e) {
                    log.error("{}", e);
                }
            }
        }).start();
    }
}

解决

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

思路 - 不可变

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:

public static void main(String[] args) {
    DateTimeFormatter stf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd");
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        new Thread(() -> {
            TemporalAccessor parse = stf.parse("1951-04-21");
            log.debug("{}", parse);
        }).start();
    }
}

可以看 DateTimeFormatter 的文档:

@implSpec

This class is immutable and thread-safe.

不可变对象,实际是另一种避免竞争的方式。

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

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) {
    if (beginIndex < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
    }
    int subLen = value.length - beginIndex;
    if (subLen < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
    }
    return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);
}

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

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);
    }
    this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
}

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)】

享元模式

我们在String类中发现,如果每次都进行保护性拷贝确实是避免了线程安全问题,但是对象创建的过于频繁,当需要重用数量有限的同一类对象时,所以就有了享元模式。即重用对象而不是新建对象,线程池就是利用了这个思想。

2. 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

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 TRUEFALSE

字符串常量池

BigDecimal BigInteger