28 | Immutability模式：如何利用不变性解决并发问题？

一种解决并发问题的设计模式：不变性（Immutability）模式。所谓不变性，简单来讲，就是对象一旦被创建之后，状态就不再发生变化。换句话说，就是变量一旦被赋值，就不允许修改了（没有写操作）；没有修改操作，也就是保持了不变性。
实现一个具备不可变性的类，还是挺简单的。将一个类所有的属性都设置成 final 的，并且只允许存在只读方法，那么这个类基本上就具备不可变性了。更严格的做法是这个类本身也是 final 的，也就是不允许继承。因为子类可以覆盖父类的方法，有可能改变不可变性，所以推荐你在实际工作中，使用这种更严格的做法。
Java SDK 里很多类都具备不可变性，只是由于它们的使用太简单，最后反而被忽略了。例如经常用到的 String 和 Long、Integer、Double 等基础类型的包装类都具备不可变性，这些对象的线程安全性都是靠不可变性来保证的。如果你仔细翻看这些类的声明、属性和方法，你会发现它们都严格遵守不可变类的三点要求：类和属性都是 final 的，所有方法均是只读的。

总结

具备不变性的对象，只有一种状态，这个状态由对象内部所有的不变属性共同决定。其实还有一种更简单的不变性对象，那就是无状态。无状态对象内部没有属性，只有方法。除了无状态的对象，你可能还听说过无状态的服务、无状态的协议等等。无状态有很多好处，最核心的一点就是性能。在多线程领域，无状态对象没有线程安全问题，无需同步处理，自然性能很好；在分布式领域，无状态意味着可以无限地水平扩展，所以分布式领域里面性能的瓶颈一定不是出在无状态的服务节点上。

利用享元模式避免创建重复对象

面向对象相关的设计模式，享元模式（Flyweight Pattern）。利用享元模式可以减少创建对象的数量，从而减少内存占用。Java 语言里面 Long、Integer、Short、Byte 等这些基本数据类型的包装类都用到了享元模式。
享元模式本质上其实就是一个对象池，利用享元模式创建对象的逻辑也很简单：创建之前，首先去对象池里看看是不是存在；如果已经存在，就利用对象池里的对象；如果不存在，就会新创建一个对象，并且把这个新创建出来的对象放进对象池里。
Long 这个类并没有照搬享元模式，Long 内部维护了一个静态的对象池，仅缓存了[-128,127]之间的数字，这个对象池在 JVM 启动的时候就创建好了，而且这个对象池一直都不会变化，也就是说它是静态的。

29 | Copy-on-Write模式：不是延时策略的COW

使用 Copy-on-Write 更多地体现的是一种延时策略，只有在真正需要复制的时候才复制，而不是提前复制好。 Java 提供的 Copy-on-Write 容器，由于在修改的同时会复制整个容器，所以在提升读操作性能的同时，是以内存复制为代价的。
CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet 这两个 Copy-on-Write 容器在修改的时候会复制整个数组。如果是修改非常少、数组数量也不大，并且对读性能要求苛刻的场景，使用 Copy-on-Write 容器效果就非常好了。

类似Dubbo的RPC框架路由实现

路由表读多写少，ConcurrentHashMap>整体结构，String为服务名（接口），value为对应的服务列表（ip、端口）；

//路由信息
public final class Router{
  private final String  ip;
  private final Integer port;
  private final String  iface;
  //构造函数
  public Router(String ip, Integer port, String iface){
    this.ip = ip;
    this.port = port;
    this.iface = iface;
  }
  //重写equals方法
  public boolean equals(Object obj){
    if (obj instanceof Router) {
      Router r = (Router)obj;
      return iface.equals(r.iface) && ip.equals(r.ip) && port.equals(r.port);
    }
    return false;
  }
  public int hashCode() {
    //省略hashCode相关代码
  }
}
//路由表信息
public class RouterTable {
  //Key:接口名
  //Value:路由集合
  ConcurrentHashMap<String, CopyOnWriteArraySet<Router>> rt = new ConcurrentHashMap<>();
  //根据接口名获取路由表
  public Set<Router> get(String iface){
    return rt.get(iface);
  }
  //删除路由
  public void remove(Router router) {
    Set<Router> set = rt.get(router.iface);
    if (set != null) {
      set.remove(router);
    }
  }
  //增加路由
  public void add(Router router) {
    Set<Router> set = rt.computeIfAbsent(route.iface, r -> new CopyOnWriteArraySet<>());
    set.add(router);
  }
}

30 | 线程本地存储模式：没有共享，就没有伤害

使用

private static final ThreadLocal<GusteauHolder> THREAD_LOCAL = new ThreadLocal<>();
    public static void init() {
        GusteauHolder gusteauHolder = new GusteauHolder();
        gusteauHolder.setTimestamp(System.currentTimeMillis());
        THREAD_LOCAL.set(gusteauHolder);
    }
    private static GusteauHolder get() {
        return THREAD_LOCAL.get();
    }
    public static void cleanup() {
        THREAD_LOCAL.remove();
    }
    public static void setTenant(Long tenantId) {
        get().setTenantId(tenantId);
    }
    public static Long getTenant() {
        return get().getTenantId();
    }
    public static void setAdmin(Long adminId) {
        get().setAdminId(adminId);
    }
    public static Long getAdmin() {
        return get().getAdminId();
    }
    public static void addLogParam(String paramName, Object paramValue) {
        get().addLogParam(paramName, paramValue);
    }
    public static Map<String, Object> getOpsLogParams() {
        return get().getOpsLogParams();
    }

内部源码

class Thread {
  //内部持有ThreadLocalMap
  ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals;
}
class ThreadLocal<T> {
  public T get() {
    //首先获取线程持有的
    //ThreadLocalMap
    ThreadLocalMap map = Thread.currentThread().threadLocals;
    //在ThreadLocalMap中
    //查找变量
    Entry e = map.getEntry(this);
    return e.value;  
  }
  static class ThreadLocalMap {
    //内部是数组而不是Map
    Entry[] table;
    //根据ThreadLocal查找Entry
    Entry getEntry(ThreadLocal key) {
      //省略查找逻辑
    }
    //Entry定义
    static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {
      Object value;
    }
  }
}

ThreadLocal 与内存泄露

在线程池中使用 ThreadLocal，如果不谨慎就可能导致内存泄露。
因为线程池的生命周期和应用一样长，只要线程没有被销毁，Thread 持有的 ThreadLocalMap 一直都不会被回收，再加上 ThreadLocalMap 中的 Entry 对 ThreadLocal 是弱引用（WeakReference），所以只要 ThreadLocal 结束了自己的生命周期是可以被回收掉的。但是 Entry 中的 Value 却是被 Entry 强引用的，所以即便 Value 的生命周期结束了，Value 也是无法被回收的，从而导致内存泄露。
那在线程池中，正确使用 ThreadLocal ：

ExecutorService es;
ThreadLocal tl;
es.execute(()->{
  //ThreadLocal增加变量
  tl.set(obj);
  try {
    // 省略业务逻辑代码
  }finally {
    //手动清理ThreadLocal 
    tl.remove();
  } 
});

InheritableThreadLocal 与继承性

在子线程中是通过 ThreadLocal 来访问父线程的线程变量 V 的。

用途

1. Spring 使用 ThreadLocal 来传递事务信息
2. 登陆用户的信息

35 | 两阶段终止模式：如何优雅地终止线程？

Java 语言的 Thread 类中曾经提供了一个 stop() 方法，用来终止线程，可是早已不建议使用了，原因是这个方法用的就是一剑封喉的做法，被终止的线程没有机会料理后事。

Java 线程的状态转换

我们要想终止一个线程，首先要把线程的状态从休眠状态转换到 RUNNABLE 状态。如何做到呢？这个要靠 Java Thread 类提供的 interrupt() 方法，它可以将休眠状态的线程转换到 RUNNABLE 状态。
线程转换到 RUNNABLE 状态之后，我们如何再将其终止呢？RUNNABLE 状态转换到终止状态，优雅的方式是让 Java 线程自己执行完 run() 方法，所以一般我们采用的方法是设置一个标志位，然后线程会在合适的时机检查这个标志位，如果发现符合终止条件，则自动退出 run() 方法。这个过程其实就是我们前面提到的第二阶段：响应终止指令。
综合上面这两点，我们能总结出终止指令，其实包括两方面内容：interrupt() 方法和线程终止的标志位。

示例

下面是自己维护了结束标志位terminated，当然可以不维护，但是JVM 的异常处理会清除线程的中断状态，所以如果内部抛出异常没有继续外抛异常的话，中断标志位就丢失了。

class Proxy {
  //线程终止标志位
  volatile boolean terminated = false;
  boolean started = false;
  //采集线程
  Thread rptThread;
  //启动采集功能
  synchronized void start(){
    //不允许同时启动多个采集线程
    if (started) {
      return;
    }
    started = true;
    terminated = false;
    rptThread = new Thread(()->{
      while (!terminated){
        //省略采集、回传实现
        report();
        //每隔两秒钟采集、回传一次数据
        try {
          Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e){
          //重新设置线程中断状态
          Thread.currentThread().interrupt();
        }
      }
      //执行到此处说明线程马上终止
      started = false;
    });
    rptThread.start();
  }
  //终止采集功能
  synchronized void stop(){
    //设置中断标志位
    terminated = true;
    //中断线程rptThread
    rptThread.interrupt();
  }
}