1. 日期转换问题
- 1.1 使用synchronized改进
- 1.2 使用DateTimeFormatter类
2. 不可变类的设计
- 2.1 final的使用
3. 享元模式
- 3.1 简介
- 3.2 体现
4. final原理
- 4.1 设置 final 变量的原理
- 4.2 获取 final 变量的原理
5. 结论

1. 日期转换问题

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。

@Slf4j(topic = "c.Test1")
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        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();
        }
    }
}

15:14:03.787 [Thread-3] ERROR c.Test1 - {}
java.lang.NumberFormatException: For input string: ""
    at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65)
    at java.lang.Long.parseLong(Long.java:601)
    at java.lang.Long.parseLong(Long.java:631)
    at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:195)
    at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084)
    at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869)
    at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514)
    at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364)
    at com.ll.ch6.Test1.lambda$main$0(Test1.java:14)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
15:14:03.786 [Thread-4] DEBUG c.Test1 - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
15:14:03.786 [Thread-2] DEBUG c.Test1 - Mon Apr 21 00:00:00 CST 1119
15:14:03.786 [Thread-9] DEBUG c.Test1 - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
15:14:03.786 [Thread-5] DEBUG c.Test1 - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
15:14:03.786 [Thread-7] DEBUG c.Test1 - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
15:14:03.786 [Thread-1] DEBUG c.Test1 - Mon Apr 21 00:00:00 CST 1119
15:14:03.786 [Thread-0] DEBUG c.Test1 - Mon Apr 21 00:00:00 CST 1119
15:14:03.786 [Thread-6] DEBUG c.Test1 - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
15:14:03.786 [Thread-8] DEBUG c.Test1 - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951

1.1 使用synchronized改进

结果没问题，但是会影响性能

@Slf4j(topic = "c.Test1")
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        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();
        }
    }
}

15:16:43.154 [Thread-0] DEBUG c.Test1 - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
15:16:43.162 [Thread-9] DEBUG c.Test1 - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
15:16:43.162 [Thread-8] DEBUG c.Test1 - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
15:16:43.162 [Thread-7] DEBUG c.Test1 - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
15:16:43.163 [Thread-6] DEBUG c.Test1 - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
15:16:43.163 [Thread-5] DEBUG c.Test1 - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
15:16:43.163 [Thread-4] DEBUG c.Test1 - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
15:16:43.163 [Thread-3] DEBUG c.Test1 - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
15:16:43.164 [Thread-2] DEBUG c.Test1 - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951
15:16:43.164 [Thread-1] DEBUG c.Test1 - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951

1.2 使用DateTimeFormatter类

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。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

@Slf4j(topic = "c.Test1")
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        DateTimeFormatter dateTimeFormatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd");
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    log.debug("{}", dateTimeFormatter.parse("1951-04-21"));
                } catch (Exception e) {
                    log.error("{}", e);
                }
            }).start();
        }
    }
}

15:19:53.996 [Thread-2] DEBUG c.Test1 - {},ISO resolved to 1951-04-21
15:19:53.996 [Thread-9] DEBUG c.Test1 - {},ISO resolved to 1951-04-21
15:19:53.996 [Thread-0] DEBUG c.Test1 - {},ISO resolved to 1951-04-21
15:19:53.996 [Thread-3] DEBUG c.Test1 - {},ISO resolved to 1951-04-21
15:19:53.996 [Thread-4] DEBUG c.Test1 - {},ISO resolved to 1951-04-21
15:19:53.996 [Thread-5] DEBUG c.Test1 - {},ISO resolved to 1951-04-21
15:19:53.996 [Thread-1] DEBUG c.Test1 - {},ISO resolved to 1951-04-21
15:19:53.996 [Thread-8] DEBUG c.Test1 - {},ISO resolved to 1951-04-21
15:19:53.996 [Thread-6] DEBUG c.Test1 - {},ISO resolved to 1951-04-21
15:19:53.996 [Thread-7] DEBUG c.Test1 - {},ISO resolved to 1951-04-21

2. 不可变类的设计

2.1 final的使用

String类中不可变的体现：

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 ```java public final class String implements java.io.Serializable, Comparable, 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 hash没有提供set方法 // … }

<a name="FRwzZ"></a>
## 2.2 保护性拷贝
- String的这个构造方法会将char的数据拷贝一份之后再赋值，防止使用同一个char数组，外界会对char改变。保证了不可变。
```java
public String(char value[]) {
        this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
    }

substring方法：

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);
  }

其内部调用String的构造方法创建了一个新字符串

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);
  }

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）】

3. 享元模式

3.1 简介

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，归类为：Structual patterns

3.2 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： ```java 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
**字符串常量池**<br />**BigDecimal、BigInteger**
<a name="BVvwP"></a>
## 3.3 实现简单的数据库连接池
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。
```java
@Slf4j(topic = "c.Test2")
public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        Pool pool = new Pool(2);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                Connection connection = pool.borrow();
                try {
                    Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                pool.free(connection);
            }).start();
        }
    }
}
@Slf4j(topic = "c.Pool")
class Pool {
    // 连接池大小
    private int poolSize;
    // 连接对象数组
    private Connection[] connections;
    // 连接状态数组，0表示空闲，1表示繁忙
    private AtomicIntegerArray states;
    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));
        }
    }
    // 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();
                    }
                }
            }
        }
    }
    // 还连接
    public void free(Connection connection) {
        for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
            if (connections[i] == connection) {
                states.set(1, 0);
                // 唤醒等待线程
                synchronized (this) {
                    log.debug("free,{}", connection);
                    this.notifyAll();
                }
                break;
            }
        }
    }
}
class MockConnection implements Connection {
    private String name;
    public MockConnection(String name) {
        this.name = name;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "MockConnection{" +
                "name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
    // ...其他override方法
}

16:17:17.992 [Thread-1] DEBUG c.Pool - wait
16:17:17.992 [Thread-0] DEBUG c.Pool - borrow ,MockConnection{name='连接1'}
16:17:17.996 [Thread-4] DEBUG c.Pool - wait
16:17:17.996 [Thread-3] DEBUG c.Pool - wait
16:17:17.997 [Thread-2] DEBUG c.Pool - wait
16:17:18.361 [Thread-0] DEBUG c.Pool - free,MockConnection{name='连接1'}
16:17:18.361 [Thread-2] DEBUG c.Pool - borrow ,MockConnection{name='连接2'}
16:17:18.361 [Thread-3] DEBUG c.Pool - wait
16:17:18.361 [Thread-4] DEBUG c.Pool - wait
16:17:18.361 [Thread-1] DEBUG c.Pool - wait
16:17:18.745 [Thread-2] DEBUG c.Pool - free,MockConnection{name='连接2'}
16:17:18.745 [Thread-1] DEBUG c.Pool - wait
16:17:18.746 [Thread-4] DEBUG c.Pool - wait
16:17:18.746 [Thread-3] DEBUG c.Pool - wait

以上实现没有考虑：

连接的动态增长与收缩
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，有比较成熟的连接池的实现，例如 c3p0、druid 等
对于更通用的对象池，可以考虑用 apache commons pool，例如 redis 连接池可以参考 jedis 中关于连接池的实现。

4. final原理

4.1 设置 final 变量的原理

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。

4.2 获取 final 变量的原理

字节码角度，final是ldc

5. 结论

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

Java 并发编程

6. 共享模型之不可变