引言

對象的組合，是《Java Concurrency in Practice》中第四章引入的課題。這并不是一個(gè)并發(fā)的概念。

為了可以將現(xiàn)有的線程安全組件組合為更大規(guī)模的組件或程序，而不是每次內(nèi)存訪問都進(jìn)行分析以確保程序是線程安全的。這一章將介紹一些組合模式，這些模式可以更容易的使一個(gè)類成為線程安全的類，并且維護(hù)性更強(qiáng)。

一、設(shè)計(jì)線程安全的類

為了在不對整個(gè)程序進(jìn)行分析的情況下就可以得出一個(gè)類是否是線程安全類的結(jié)論，總結(jié)了設(shè)計(jì)線程安全類的三個(gè)基本要素。

找出構(gòu)成對象狀態(tài)的所有變量。

找出約束狀態(tài)變量的不變性條件。

建立對象狀態(tài)的并發(fā)訪問管理策略。

?對象的狀態(tài)指的是那些基本類型的變量。如果在對象的域中引用了其他對象，那么該對象的狀態(tài)將包含被引用對象的域。

1.1 什么是同步策略？

同步策略的意思是保證對象不變性條件和后驗(yàn)條件的前提下協(xié)同各個(gè)訪問操作。是不變性條件、線程封閉、加鎖機(jī)制、鎖保護(hù)的相關(guān)概念的一個(gè)統(tǒng)稱。

1.2 什么是不變性條件？

不變性條件指的是在對象狀態(tài)空間內(nèi)的一種邏輯約束。

狀態(tài)空間簡單的說就是對象的狀態(tài)所有的可能值。而不變性條件就是人為規(guī)定的在狀態(tài)空間內(nèi)只能取哪些值。比如：

public class Counter {private long value = 0;public long increment() {if (value == Long.MAX_VALUE)throw new IllegalStateException("計(jì)數(shù)器溢出");return ++value;} }

Counter類的對象有一個(gè)long類型的value，那么狀態(tài)空間就是Long.MIN_VALUE 到?Long.MAX_VALUE之間所有的整型，但是由于該類的方法只提供了一個(gè)增長的方法，而value的初始值又是0，因此，對于這個(gè)類的不變性條件，就是value不能是負(fù)數(shù)。

1.3 狀態(tài)遷移

對象的狀態(tài)通過相關(guān)的方法產(chǎn)生了變化，這就是狀態(tài)遷移。

1.4 后驗(yàn)條件

人為規(guī)定的狀態(tài)遷移后的狀態(tài)的有效性條件。比如上面的代碼中，如果此時(shí)value是17，那么執(zhí)行increment()后value一定要等于18。那么這里的后驗(yàn)條件就是狀態(tài)改變后的值比狀態(tài)改變前大1。

另外，當(dāng)下一個(gè)狀態(tài)需要依賴當(dāng)前狀態(tài)時(shí)，這個(gè)操作就必須是復(fù)合操作。但是，并不是所有操作都會(huì)在狀態(tài)遷移上施加限制，例如，溫度變量、彩票變量。

1.5 不變形條件與原子性

如果，不變性條件包含多個(gè)變量，那么將產(chǎn)生原子性的需求：這些相關(guān)的變量必須在單個(gè)原子操作中進(jìn)行讀取或更新。簡單地說，就是不能先更新一個(gè)變量，然后釋放鎖，再獲取鎖，再去更新另一個(gè)相關(guān)變量。因?yàn)槎鄠€(gè)變量構(gòu)成的不變性條件是整體性的，如果分開更新相關(guān)的狀態(tài)，那么在中間的某個(gè)時(shí)刻必然會(huì)導(dǎo)致對象處于失效狀態(tài)。

1.6 先驗(yàn)條件

簡單地說就是，必須滿足某種要求程序才能繼續(xù)執(zhí)行的條件。它屬于一種依賴的狀態(tài)。

單線程中的某個(gè)操作如果無法滿足先驗(yàn)條件，則必然失敗；多線程下可能會(huì)由于其他線程執(zhí)行的操作而變?yōu)檎妗?/p>

并發(fā)程序中一定要等到先驗(yàn)條件為真，然后再執(zhí)行該操作。這就引出了另一個(gè)相關(guān)的機(jī)制：Java的線程通信機(jī)制。比如等待和通知、阻塞等。

1.7 狀態(tài)的所有權(quán)

對象對它封裝的狀態(tài)擁有所有權(quán)。所有權(quán)意味著控制權(quán)。

二、實(shí)例封閉（Instance Confinement）

如果某個(gè)對象不是線程安全的，有很多手段可以使它在多線程程序中正常使用。可以使用線程封閉技術(shù)確保這個(gè)對象只能由單個(gè)線程訪問；或者通過鎖來保護(hù)對象的所有訪問。

其實(shí)，實(shí)例封閉技術(shù)在日常開發(fā)中經(jīng)常使用。簡單的說，對象A作為一個(gè)私有成員封裝在了對象B中，那么對象A就是一個(gè)封閉的實(shí)例，A的訪問也可以得到有效的控制。

例如下面的程序中，PersonSet的狀態(tài)由HashSet來管理，而HashSet并非線程安全的。但由于mySet是私有的并且不會(huì)逸出，因此HashSet被封閉在PersonSet中。唯一能訪問mySet的代碼路徑是addPerson與containsPerson，在執(zhí)行它們時(shí)都要獲得PersonSet上的鎖。PersonSet的狀態(tài)完全由它的內(nèi)置鎖保護(hù)，因而PersonSet是一個(gè)線程安全的類。

public class PersonSet {private final Set<Person> mySet = new HashSet<>();public synchronized void addPerson(Person p) {mySet.add(p);}public synchronized boolean containsPerson(Person p) {return mySet.contains(p);} }

2.1 監(jiān)視器模式

監(jiān)視器模式并不是Java的GoF 23設(shè)計(jì)模式。什么是監(jiān)視器模式？將對象的所有可變狀態(tài)都封裝起來，并且只能通過內(nèi)置鎖來訪問，這就是監(jiān)視器模式。而內(nèi)置鎖synchronized也成為監(jiān)視器或監(jiān)視器鎖。

Java監(jiān)視器模式只是一種編嗎約定：對于任何一種鎖對象，只要自始至終都使用該鎖對象，都可以用來保護(hù)對象的狀態(tài)。

監(jiān)視器模式的兩個(gè)代表：Vector和Hashtable。

2.2 私有鎖對象

私有鎖對象而不是對象的內(nèi)置鎖，可以將鎖封裝起來，使客戶代碼只能通過共有方法來訪問鎖。

public class PrivateLock {private final Object myLock = new Object();@GuardBy("myLock")Widget widget;void someMethod() {synchronized (myLock) {// 訪問或修改Widget的狀態(tài)}} }

?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java并发编程实战————对象的组合的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。