共享模型之不可变

  • 不可变类使用
  • 不可变类设计
  • 原理方面
  • fifinal

模式方面

  • 享元

    问题引入

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

  1. SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
  2. for (int i = 0; i < 10; i++) {
  3.     new Thread(() -> {
  4.         try {
  5.             log.debug("{}", sdf.parse("1951-04-21"));
  6.         } catch (Exception e) {
  7.             log.error("{}", e);
  8.         }
  9.     }).start();
  10. }

有很大几率出现 java.lang.NumberFormatException 或者出现不正确的日期解析结果。

解决

加同步锁

这样虽能解决问题，但带来的是性能上的损失，并不算很好：

  1. SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
  2. for (int i = 0; i < 50; i++) {
  3.     new Thread(() -> {
  4.         synchronized (sdf) {
  5.             try {
  6.                 log.debug("{}", sdf.parse("1951-04-21"));
  7.             } catch (Exception e) {
  8.                 log.error("{}", e);
  9.             }
  10.         }
  11.     }).start();
  12. }

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。

  1. DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd");
  2. for (int i = 0; i < 10; i++) {
  3.      new Thread(() -> {
  4.      LocalDate date = dtf.parse("2018-10-01", LocalDate::from);
  5.      log.debug("{}", date);
  6.  }).start();
  7. }

可以看 DateTimeFormatter 的文档：

  1. @implSpec
  2. This class is immutable and thread-safe.

不可变设计

String 类也是不可变的，以它为例，说明一下不可变设计的要素。

  1. public final class String
  2.         implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
  3.     /** The value is used for character storage. */
  4.     private final char value[];
  5.     /** Cache the hash code for the string */
  6.     private int hash; // Default to 0
  8.     // ...
  10. }

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：

  1. public String substring(int beginIndex) {
  2.     if (beginIndex < 0) {
  3.         throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
  4.     }
  5.     int subLen = value.length - beginIndex;
  6.     if (subLen < 0) {
  7.         throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
  8.     }
  9.     return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);
  10. }

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 fifinal char[] value 做出了修改：

  1. if (offset < 0) {
  2.     throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset);
  3. }
  4. if (count <= 0) {
  5.     if (count < 0) {
  6.         throw new StringIndexOutOfBoundsException(count);
  7.     }
  8.     if (offset <= value.length) {
  9.         this.value = "".value;
  10.         return;
  11.     }
  12. }
  13. if (offset > value.length - count) {
  14.     throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset + count);
  15. }
  16.     this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);    // 相当于new了一个对象
  17. }

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）】。

在很多不可变类中也会有这样设计，new一个新的对象，此时另一个线程就无法修改此对象，所以线程也就是安全的。

模式之享元

原理之final

设置final变量的原理

  1. public class TestFinal {
  2.      final int a = 20; 
  3.  }

final也会像volalite一样加上写屏障。

  1. 0: aload_0
  2. 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
  3. 4: aload_0
  4. 5: bipush 20
  5. 7: putfield #2 // Field a:I
  6.  <-- 写屏障
  7. 10: return

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。

也就是其他线程读的时候，以及赋值，不会读取到空。

获取final变量的原理

final变量的读取，在JVM中已经讲解。例如static变量时，如果修饰为final，那么会放入常量池（准备阶段赋值），而不是静态变量，读取速度更快。

无状态

在 web 阶段学习时，设计 Servlet 时为了保证其线程安全，都会有这样的建议，不要为 Servlet 设置成员变量，这种没有任何成员变量的类是线程安全的 。

因为成员变量保存的数据也可以称为状态信息，因此没有成员变量就称之为【无状态】