「Java并发编程实战」之对象的组合

简介: 本系列博客是对读《Java并发编程实战》的一点总结,读这本书感觉实在是太枯燥无味了,所以打算读完总结回顾下,对于想要快速了解本书内容的朋友,非常适合阅读此系列博客。

前言

本系列博客是对读《Java并发编程实战》的一点总结,读这本书感觉实在是太枯燥无味了,所以打算读完总结回顾下,对于想要快速了解本书内容的朋友,非常适合阅读此系列博客。

设计线程安全的类

这一小节主要阐述,如何才能设计一个线程安全的类,在设计线程安全类的过程中,需要包含以下三个要素:

  • 找出构成对象状态的所有变量。
  • 找出约束状态变量的不变性条件。
  • 建立对象状态的并发访问管理策略。
  1. 要创建一个线程安全的类,首先要明白哪些状态是需要同步的,就是要先收集同步需求。例如:当类中的一个变量的int值是10,每次加一,那么下一次只能是11。当下一个状态需要依赖当前状态时,这个操作必须是一个复合操作。该操作必须是一个原子操作。
  2. 类的不变性条件与后验条件约束了在对象上有哪些状态和状态转换是有效的,在某些对象的方法中还包含一些基于状态的先验条件,例如:不能从空队列中移除一个元素,在删除元素前,队列必须为非空状态。如果某个类的操作中包含基于状态的先验条件,那么这个操作就称为依赖状态的操作,可以通过现有库中的类(例如阻塞队列Blocking Queue或信号量)来实现依赖状态的行为。
  3. 在Java中也存在所有权模型,只不过垃圾回收器为我们减少了许多在引用共享方面常见的错误,因此降低了在所有权处理上的开销,所有权与封装总是相互关联的,对象封装它拥有的状态,反之对封装的状态拥有所有权,状态变量的所有这将决定采用何种加锁协议来维持变量状态的完整性,所有权意味着控制权。这是一个再类设计中需要考虑的一个要素。

对象的状态:对象的状态由变量构成,就是类中的字段。

不变性条件:不变性条件是,在程序执行过程或部分过程中,可始终被假定成立的条件。比如,循环的不变性条件就是只有为真才开始循环。

实例封闭

在上一节中我们说过线程封闭,线程封闭主要是用来将数据封装到线程内部,只能它自己使用。那么实例封闭是干什么的?
如果某个对象不是线程安全的,可以通过多种技术使其在多线程程序中安全的使用。在此节中介绍了一个Java监视器模式,遵循Java监视器模式的对象会把对象的所有可变状态都封装起来,并由对象自己内置的锁来保护。

//伪代码
public final class Counter{
    private long value = 0;
    
    public synchronized long getValue(){
        return value;
    }
    public synchronized long increment(){
        return ++value;
    }
}

Java中许多类都使用了Java监视器模式,,例如Vector和Hashtable,Java监视器模式仅仅是一种编写代码的约定。

线程安全性的委托

  1. 当将线程的安全性委托给多个状态变量,只要这些变量时彼此独立的,即组合而成的类并不会在其包含的多个状态变量上增加任何不变性条件。如果每个变量都是线程安全的,那么这个类就是线程安全的,它可以将自己的线程安全性委托给它自己的变量,前提是这些变量相互直接都彼此独立,并且是线程安全的。
  2. 大多数组合对象他们的状态变量之间都存在这某些不变性条件,当状态变量之间有关联就会出现复合操作,那么仅依靠委托并不足以实现线程安全性,在这种情况下必须提供自己的加锁机制来保证复合操作都是原子性的。
  3. 如果一个状态变量是线程安全的,并且没有任何不变性条件来约束它的值,在变量上的操作也不存在任何不允许的状态转换,那么就可以安全地发布这个变量了。

现有线程安全类中添加功能

有时候,某个现有的线程安全类能支持我们所需要的所有操作,但更多的时候,现有的类只能支持大部分操作,这个时候就需要在不破坏线程安全性的情况下添加一个新的操作。

  1. 客户端加锁机制

客户端加锁是指,对于使用某个对像X的客户端代码,使用X本身用于保护其状态的锁来保护这段客户代码,要使用客户端加锁,你必须知道对象X使用的是哪一个锁。客户端加锁是脆弱的,因为它将类加锁的代码分布到多个类中。就是使用方必须加锁。

  1. 组合
//伪代码
public class ImprovedList<T> implements List {
    private final List<T> list;

    public ImprovedList(List<T> list) {
        this.list = list;
    }

    public synchronized boolean putIfAbsent(T x) {
        boolean contains = list.contains(x);
        if (!contains) {
            list.add(x);
        }
    }

    //按照此种方式委托list的其他方法
    public synchronized void clear() {
        list.clear();
    }
}

代码中ImprovedList通过对List对象的操作委托给底层的List实例来实现List的操作,新增一个如果没有则添加的方法。这就是组合。事实上使用了Java监视器模式来封装现有的List,并且只要在类中拥有指向底层List的唯一外部引用,就能确保线程安全性。

大家看后辛苦点个赞点个关注哦!查看个人主页,有更多的博客哦。如有错误,烦请指正。
目录
相关文章
|
4天前
|
自然语言处理 Java API
Java 8的Stream API和Optional类:概念与实战应用
【5月更文挑战第17天】Java 8引入了许多重要的新特性,其中Stream API和Optional类是最引人注目的两个。这些特性不仅简化了集合操作,还提供了更好的方式来处理可能为空的情况,从而提高了代码的健壮性和可读性。
26 7
|
1天前
|
安全 Java 程序员
深入理解Java并发编程:线程安全与性能优化
【5月更文挑战第20天】本文将深入探讨Java并发编程的核心概念,包括线程安全和性能优化。我们将详细解析synchronized关键字、ReentrantLock类以及java.util.concurrent包中的高级工具类,如Semaphore、CountDownLatch和CyclicBarrier等。通过实例演示如何使用这些工具来提高多线程程序的性能和可靠性。
|
1天前
|
安全 Java 开发者
深入理解Java并发编程:线程安全与性能优化
【5月更文挑战第20天】在Java并发编程中,线程安全和性能优化是两个关键要素。本文将深入探讨Java并发编程的基本概念、线程安全的实现方法以及性能优化技巧。通过分析同步机制、锁优化、无锁数据结构和并发工具类的使用,我们将了解如何在保证线程安全的前提下,提高程序的性能。
|
1天前
|
安全 算法 Java
深入理解Java并发编程:线程安全与性能优化
【5月更文挑战第20天】 在Java开发中,正确处理并发问题对于确保应用的稳定性和提高性能至关重要。本文将深入探讨Java并发编程的核心概念——线程安全,以及如何通过各种技术和策略实现它,同时保持甚至提升系统性能。我们将分析并发问题的根源,包括共享资源的竞争条件、死锁以及线程活性问题,并探索解决方案如同步机制、锁优化、无锁数据结构和并发工具类等。文章旨在为开发者提供一个清晰的指南,帮助他们在编写多线程应用时做出明智的决策,确保应用的高效和稳定运行。
|
2天前
|
Java
Java一分钟之-并发编程:线程间通信(Phaser, CyclicBarrier, Semaphore)
【5月更文挑战第19天】Java并发编程中,Phaser、CyclicBarrier和Semaphore是三种强大的同步工具。Phaser用于阶段性任务协调,支持动态注册;CyclicBarrier允许线程同步执行,适合循环任务;Semaphore控制资源访问线程数,常用于限流和资源池管理。了解其使用场景、常见问题及避免策略,结合代码示例,能有效提升并发程序效率。注意异常处理和资源管理,以防止并发问题。
25 2
|
2天前
|
安全 Java 容器
Java一分钟之-并发编程:线程安全的集合类
【5月更文挑战第19天】Java提供线程安全集合类以解决并发环境中的数据一致性问题。例如,Vector是线程安全但效率低;可以使用Collections.synchronizedXxx将ArrayList或HashMap同步;ConcurrentHashMap是高效线程安全的映射;CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet适合读多写少场景;LinkedBlockingQueue是生产者-消费者模型中的线程安全队列。注意,过度同步可能影响性能,应尽量减少共享状态并利用并发工具类。
17 2
|
2天前
|
Java 程序员 调度
Java中的多线程编程:基础知识与实践
【5月更文挑战第19天】多线程编程是Java中的一个重要概念,它允许程序员在同一时间执行多个任务。本文将介绍Java多线程的基础知识,包括线程的创建、启动和管理,以及如何通过多线程提高程序的性能和响应性。
|
3天前
|
Java
深入理解Java并发编程:线程池的应用与优化
【5月更文挑战第18天】本文将深入探讨Java并发编程中的重要概念——线程池。我们将了解线程池的基本概念,应用场景,以及如何优化线程池的性能。通过实例分析,我们将看到线程池如何提高系统性能,减少资源消耗,并提高系统的响应速度。
13 5
|
3天前
|
消息中间件 安全 Java
理解Java中的多线程编程
【5月更文挑战第18天】本文介绍了Java中的多线程编程,包括线程和多线程的基本概念。Java通过继承Thread类或实现Runnable接口来创建线程,此外还支持使用线程池(如ExecutorService和Executors)进行更高效的管理。多线程编程需要注意线程安全、性能优化和线程间通信,以避免数据竞争、死锁等问题,并确保程序高效运行。
|
3天前
|
安全 Java 容器
深入理解Java并发编程:线程安全与性能优化
【5月更文挑战第18天】随着多核处理器的普及,并发编程变得越来越重要。Java提供了丰富的并发编程工具,如synchronized关键字、显式锁Lock、原子类、并发容器等。本文将深入探讨Java并发编程的核心概念,包括线程安全、死锁、资源竞争等,并分享一些性能优化的技巧。