【六】多线程 —— 共享模型之不可变

心已赠人 2022-09-02 12:50 162阅读 0赞

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。

比如类用 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。

> # 一、日期转换的问题 #

`SimpleDateFormat` 不是线程安全的，可能出现 `java.lang.NumberFormatException` 或者出现不正确的日期解析结果，例如：

public class SimpleDateFormatTest { 
        public static void main(String[] args) { 
            SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
            for (int i = 0; i < 10; i++) { 
                new Thread(() -> { 
                    try { 
                        ConsoleUtil.print(sdf.parse("1951-04-21").toString());
                    } catch (Exception e) { 
                        ConsoleUtil.print(e.toString());
                    }
                }).start();
            }
        }
    }

2021-08-03 14:34:55 Sat Jul 21 00:00:00 CST 1951
    2021-08-03 14:34:55 java.lang.NumberFormatException: For input string: "19511951195119511951195119511951.EE441951195119511951195119511951195119511951E41951195119511951195119511951195119511E4"
    2021-08-03 14:34:55 Mon Jul 21 00:00:00 CST 178958921
    2021-08-03 14:34:55 Sat Jul 21 00:00:00 CST 1951
    2021-08-03 14:34:55 java.lang.NumberFormatException: empty String
    2021-08-03 14:34:55 java.lang.NumberFormatException: For input string: "19511951195119511951195119511951.EE441951195119511951195119511951195119511951E4"
    2021-08-03 14:34:55 Sat Jul 21 00:00:00 CST 1951
    2021-08-03 14:34:55 java.lang.NumberFormatException: multiple points
    2021-08-03 14:34:55 java.lang.NumberFormatException: For input string: "19511951195119511951195119511951.EE441951195119511951195119511951195119511951"
    2021-08-03 14:34:55 java.lang.NumberFormatException: multiple points

使用同步锁虽能解决问题，但带来的是性能上的损失，并不算很好, 加锁耗性能。

如果一个对象在不能够修改其内部状态（属性），因为不存在并发修改，那么它就是线程安全的，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 class SimpleDateFormatTest01 { 
        public static void main(String[] args) { 
            DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd");
            for (int i = 0; i < 10; i++) { 
                new Thread(() -> { 
                    try { 
                        ConsoleUtil.print(dtf.parse("1951-04-21").toString());
                    } catch (Exception e) { 
                        ConsoleUtil.print(e.toString());
                    }
                }).start();
            }
        }
    }

2021-08-03 14:38:16 { },ISO resolved to 1951-04-21
    2021-08-03 14:38:16 { },ISO resolved to 1951-04-21
    2021-08-03 14:38:16 { },ISO resolved to 1951-04-21
    2021-08-03 14:38:16 { },ISO resolved to 1951-04-21
    2021-08-03 14:38:16 { },ISO resolved to 1951-04-21
    2021-08-03 14:38:16 { },ISO resolved to 1951-04-21
    2021-08-03 14:38:16 { },ISO resolved to 1951-04-21
    2021-08-03 14:38:16 { },ISO resolved to 1951-04-21
    2021-08-03 14:38:16 { },ISO resolved to 1951-04-21
    2021-08-03 14:38:16 { },ISO resolved to 1951-04-21

可以看 `DateTimeFormatter` 的文档：  
![在这里插入图片描述][79de2f35ddef4eaeae1ffeb2d2faa912.png]

> # 二、final 的使用 #

`Integer`、`Double`、`String`、`DateTimeFormatter`、`String`以及基本类型包装类, 都是使用final来修饰的。

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。

**final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: retu

`final` 变量的赋值通过 `putfield` 指令来完成，在这条指令之后会加入`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。

> # 三、实现一个简单的连接池 #

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。

/** * Description: 简易连接池 * * @author guizy * @date 2020/12/29 21:21 */
    public class Test2 { 
        public static void main(String[] args) { 
            /*使用连接池*/
            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 = "guizy.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]);//使用AtomicIntegerArray保证states的线程安全
            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)) { //使用compareAndSet保证线程安全
                            log.debug("borrow {}", connections[i]);
                            return connections[i];
                        }
                    }
                }
                // 如果没有空闲连接，当前线程进入等待, 如果不写这个synchronized,其他线程不会进行等待, 
                // 一直在上面while(true), 空转, 消耗cpu资源
                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 { 
    
        private String name;
    
        public MockConnection(String name) { 
            this.name = name;
        }
    
        @Override
        public String toString() { 
            return "MockConnection{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    '}';
        }
        
        // Connection 实现方法略
    }

2021-08-03 15:01:01 wait...
    2021-08-03 15:01:01 borrowMockConnection{ name='连接2'}
    2021-08-03 15:01:01 borrowMockConnection{ name='连接1'}
    2021-08-03 15:01:02 wait...
    2021-08-03 15:01:02 wait...
    2021-08-03 15:01:02 freeMockConnection{ name='连接1'}
    2021-08-03 15:01:02 borrowMockConnection{ name='连接1'}
    2021-08-03 15:01:02 wait...
    2021-08-03 15:01:02 wait...
    2021-08-03 15:01:02 freeMockConnection{ name='连接1'}
    2021-08-03 15:01:02 borrowMockConnection{ name='连接1'}
    2021-08-03 15:01:02 wait...
    2021-08-03 15:01:02 freeMockConnection{ name='连接2'}
    2021-08-03 15:01:02 borrowMockConnection{ name='连接2'}
    2021-08-03 15:01:03 freeMockConnection{ name='连接2'}
    2021-08-03 15:01:03 freeMockConnection{ name='连接1'}

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTIzMTkyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

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