共享模型之不可变

迈不过友情╰ 2023-10-12 16:05 52阅读 0赞

**目录**

问题的提出

思路 - 同步锁

思路 - 不可变

不可变设计

ﬁnal 的使用

保护性拷贝

设置 final 变量的原理

获取final变量的原理

--------------------

#### 问题的提出 ####

日 期 转 换 的 问 题

public class ThreadText {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                new Thread(() -> {
                    try {
                        System.out.println(sdf.parse("1951-04-21"));
                    } catch (ParseException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }).start();
            }
        }
    }

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

![899996cb007448b7a42d70c3e70d007e.png][]

> 上述代码会出现线程安全问题，因为SimpleDateFormat对象并不是线程安全的，即多个线程同时调用SimpleDateFormat实例的同一个方法时可能会产生冲突。
> 
> 在多线程环境下，如果多个线程同时访问SimpleDateFormat对象的同一个方法，那么会出现问题：
> 
> 线程安全问题：SimpleDateFormat是非线程安全的类，如果多个线程同时访问，可能会导致解析错误或者计算结果混乱

#### 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：

public class ThreadText {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
            for (int i = 0; i < 50; i++) {
                new Thread(() -> {
                    synchronized (sdf) {
                        try {
                            System.out.println(sdf.parse("1951-04-21"));
                        } catch (Exception e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }).start();
            }
        }
    }

#### 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 class ThreadText {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd");
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                new Thread(() -> {
                    LocalDate date = dtf.parse("2023-06-15", LocalDate::from);
                    System.out.println(date);
                }).start();
            }
        }
    }

![d134383612dc435c906ccd1a129cc890.png][]

![91108a72f66d4457b01a870cebb2e330.png][]

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 ####

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：

![30920e1ef4044bb190bdf23ec0263c80.png][]

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 ﬁnal char\[\] value 做出 了修改：

![c8a32fe285fb40d4a51031b8d5cf4d24.png][]

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）】

#### 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

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

#### 获取final变量的原理 ####

首先，final变量会被显式初始化或在构造函数中初始化。在编译期间，final变量的值就已经确定并被存储在常量池中，而不是在运行时通过初始化代码计算得到。

因为final变量的值已经确定，Java虚拟机在读取final变量的值时，会直接从常量池中读取，而不是从堆内存中读取。因此，获取final变量的过程可以看作是一个常量折叠过程：编译器在编译期间把所有引用final变量的地方替换成该变量的值。

这种优化方式的好处在于可以加快程序的执行速度，同时也可以避免线程安全问题，因为final变量的值不可修改，也不需要进行同步处理。

除此之外，final变量也具有内存可见性，即使在多线程环境下，其值也能够保证对其他线程是可见的。这是因为，当一个线程将final变量的值写入主内存后，其他线程读取该变量时，会从主内存加载该变量的值，而不是从自己线程内部的缓存中加载，从而保证了线程之间final变量值的可见性。

综上，获取final变量的原理是通过常量池来实现的，其值在编译期间被确定并存储在常量池中。这种方式具有较高的执行效率和线程安全性，同时也保证了final变量值在多线程环境下的可见性。

[899996cb007448b7a42d70c3e70d007e.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/899996cb007448b7a42d70c3e70d007e.png
[d134383612dc435c906ccd1a129cc890.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/d134383612dc435c906ccd1a129cc890.png
[91108a72f66d4457b01a870cebb2e330.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/91108a72f66d4457b01a870cebb2e330.png
[30920e1ef4044bb190bdf23ec0263c80.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/30920e1ef4044bb190bdf23ec0263c80.png
[c8a32fe285fb40d4a51031b8d5cf4d24.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/c8a32fe285fb40d4a51031b8d5cf4d24.png