引言

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

為了可以將現有的線程安全組件組合為更大規模的組件或程序，而不是每次內存訪問都進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類成為線程安全的類，并且維護性更強。

一、設計線程安全的類

為了在不對整個程序進行分析的情況下就可以得出一個類是否是線程安全類的結論，總結了設計線程安全類的三個基本要素。

找出構成對象狀態的所有變量。

找出約束狀態變量的不變性條件。

建立對象狀態的并發訪問管理策略。

?對象的狀態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條件的前提下協同各個訪問操作。是不變性條件、線程封閉、加鎖機制、鎖保護的相關概念的一個統稱。

1.2 什么是不變性條件？

不變性條件指的是在對象狀態空間內的一種邏輯約束。

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

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

Counter類的對象有一個long類型的value，那么狀態空間就是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增長的方法，而value的初始值又是0，因此，對于這個類的不變性條件，就是value不能是負數。

1.3 狀態遷移

對象的狀態通過相關的方法產生了變化，這就是狀態遷移。

1.4 后驗條件

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

另外，當下一個狀態需要依賴當前狀態時，這個操作就必須是復合操作。但是，并不是所有操作都會在狀態遷移上施加限制，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變量，那么將產生原子性的需求：這些相關的變量必須在單個原子操作中進行讀取或更新。簡單地說，就是不能先更新一個變量，然后釋放鎖，再獲取鎖，再去更新另一個相關變量。因為多個變量構成的不變性條件是整體性的，如果分開更新相關的狀態，那么在中間的某個時刻必然會導致對象處于失效狀態。

1.6 先驗條件

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

單線程中的某個操作如果無法滿足先驗條件，則必然失敗；多線程下可能會由于其他線程執行的操作而變為真。

并發程序中一定要等到先驗條件為真，然后再執行該操作。這就引出了另一個相關的機制：Java的線程通信機制。比如等待和通知、阻塞等。

1.7 狀態的所有權

對象對它封裝的狀態擁有所有權。所有權意味著控制權。

二、實例封閉（Instance Confinement）

如果某個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確保這個對象只能由單個線程訪問；或者通過鎖來保護對象的所有訪問。

其實，實例封閉技術在日常開發中經常使用。簡單的說，對象A作為一個私有成員封裝在了對象B中，那么對象A就是一個封閉的實例，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，在執行它們時都要獲得PersonSet上的鎖。PersonSet的狀態完全由它的內置鎖保護，因而PersonSet是一個線程安全的類。

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 監視器模式

監視器模式并不是Java的GoF 23設計模式。什么是監視器模式？將對象的所有可變狀態都封裝起來，并且只能通過內置鎖來訪問，這就是監視器模式。而內置鎖synchronized也成為監視器或監視器鎖。

Java監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，都可以用來保護對象的狀態。

監視器模式的兩個代表：Vector和Hashtable。

2.2 私有鎖對象

私有鎖對象而不是對象的內置鎖，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}} }

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總結

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容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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