《JAVA并发编程实战》示例程序 第三章

3.1 可见性

程序清单3-1 在没有同步的情况下共享变量（不要这么做）

/**
 * 主线程和读线程都将访问共享变量：ready 和 number
 * 结果可能
 * 1、 主线程先运行完，读线程后运行：读线程在控制台打印输出42，
 * 2、 读线程先执行完，主线程后执行：读线程在控制台打印输出0
 * 3、 NoVisibility根本无法终止，读线程可能永远都看不到ready的值
 * 4、 重排序（Reordering）：读线程看到了主线程中顺序靠后写入的ready的值，但没看到主线程先写入的number的值
 */
@NotThreadSafe
public class NoVisibility {
    private static boolean ready;
    private static int number;

    //读线程
    private static class ReaderThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            while(!ready)
                Thread.yield();
            System.out.println(number);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new ReaderThread().start();
        number = 42;
        ready = true;
    }
}

程序清单3-2  非线程安全的可变整数类

//mutable 英[ˈmju:təbl] adj.    易变的，性情不定的;
@NotThreadSafe
public class MutableInteger {

    private int value;

    public int getValue() { return value; }

    public void setValue(int value) { this.value = value; }
}

程序清单3-3  线程安全的可变整数类

@ThreadSafe
public class SynchronizedInteger {

    @GuardedBy("this")private int value;

    public synchronized int getValue() { return value; }

    public synchronized void setValue(int value) { this.value = value; }
}

程序清单3-4 数绵羊

/**
 * volatile通常用作某个操作完成、发生中断或者状态的标志
 * volatile语义不足以确保递增操作（count++）操作的原子性
 * asleep 状态量一旦在某个线程中被更改了，其它线程也应该看到
 * */
@ThreadSafe
public class CountSheep {

    volatile boolean asleep;

    public void countSomeSheep() {
        while(!asleep) {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                System.out.println("sheep"+i);
            }
        }
    }
}

3.2 发布与逸出

程序清单3-5   发布一个对象

/**
 * “发布”一个对象的意思是：是对象能够在当前作用域之外的代码中使用。
 * 1、将一个指向该对象的引用保存到其他代码可以访问的地方
 * 2、在某一个非私有的方法中返回该引用
 * 3、将引用传递到其他类的方法中
 * @author guchunchao
 *
 */
public class PublicObject {

    private static Set<Object> knownSecret;

    public void initialize() {
        knownSecret = new HashSet<>(); //将方法体中new的对象发布到了方法体外的变量中
    }
}

程序清单3-6  使内部的可变状态逸出（不要这么做）

/**
 * 按如下方式发布states，任何修改者都能修改这个数组的内容，不安全
 * @author gcc
 */
public class UnsafeStates {
    private String[] states = {"aaa","bbb","ccc"};

    public String[] getStates() { return states; }
}

程序清单3-7  隐式地使this引用逸出（不要这么做)

public class ThisEscape {
    public ThisEscape(EventSource source) {
        source.registerListener(
            new EventListener() {    //发布EventListener时，也隐含的将ThisEscape实例本身：this发布了
                public void onEvent(Event e) {
                    doSomething(e);
                }
            }
        );
    }
}

程序清单3-8  使用工厂方法来防止this引用在构造过程中逸出

public class SafeListener {
    private final EventListener listener;
    private ThisEscape(EventSource source) {
        listener =     new EventListener(
            public void onEvent(Event e) {
                doSomething(e);
            }
        );
    }

    public static SafeLisener newInstance(EventSource source) {
        SafeLisener safe = new SafeLisener();
        soure.registerListener(safe.listener);
    }

}

3.3  线程封闭

程序清单3-9 基本类型的局部变量与引用变量的线程封闭性

/**
 * 栈封闭
 * 由于任何方法都无法获得对基本类型的引用，因此基本类型的局部变量始终封闭在线程内
 * @author guchunchao
 *
 */
public class BasicTypeStackClose {
    //candidate [ˈkændɪdət] 报考者; 申请求职者; 攻读学位者; 最后命运或结局如何已显然可见者;
    public int loadTheArk(Collection<Object> candidates) {
        SortedSet<Object> animals;
        int numPairs = 0;    //方法局部变量，始终在栈中
        Object candidate = null;

        animals = new TreeSet<Object>();
        animals.addAll(candidates);

        ++numPairs;
        return numPairs;    //即使被return了外界也无法修改。
    }
}

程序清单3-10  使用ThreadLocal来维持线程封闭性

/**
 * ThreadLocal对象通常用于防止对可变的、非线程安全的单实例变量（Singleon）或全局变量进行共享。
 * ThreadLocal的get与set等访问接口或方法为每个使用该变量的线程都存有一份独立的副本，因此get总是能返回当前线程在调用set时设置的新值。
 *
 * 单线程应用程序中维持一个全局的数据库连接，并在程序启动时初始化，从而避免在调用每个方法时都要传递一个Connection对象。
 *
 * 而JDBC的连接对象不一定是线程安全的，因此当多线程应用程序在没有协同的情况下使用全局变量时，就不是线程安全的。
 * 将JDBC连接保存到ThreadLocal对象中，每个线程都会拥有属于自己的JDBC连接。
 *
 * 更多ThreadLocal内容见：http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920407.html
 */
public class ThreadLocalTemplate {
    private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {
        public Connection initialValue() {
            return DriverManager.getConnection("DB_URL");  //JDBC的Connection不一定是线程安全的，封装到ThreadLocal中保证每个线程都会拥有自己的JDBC连接对象副本
        }
    };

    public static Connection getConnection() {
        return connectionHolder.get();
    }
}

3.4  不变性

不可变对象一定是线程安全的！　Why?

程序清单3-11 在不可变对象基础上构建不可变类

/**
 * final修饰的类：
 * 从字面意思来理解就是不会发生变化的类，那么是什么不会发生变化呢，其实就是类的状态，也就是不变类的实例一旦被创建，其状态就不会发生变化。
 * 举个例子：
 *         如果人是一个class，那么我们中的每一个都是人这个类的具体的instance，
 *         如果人这个类只有一个状态就是生身父母，那么它就是一个不变类，因为每一个人在出生的那一刹那，生身父母就已经被设置了值，而且终生都不会发生变化。
 * 不变类有什么好处呢？
 *        1） 不变类是线程安全的，由于不变类的状态在创建以后不再发生变化，所以它可以在线程之间共享，而不需要同步。
 *        。。。。*/
@Immutable    //[ɪˈmju:təbl]不可改变的;
public final class ThreeStooges {

    private final Set<String> stooges = new HashSet<>();//[stu:dʒ]喜剧里的配角或丑角，助手，伙伴;

    public ThreeStooges() {
        stooges.add("hello");
        stooges.add("world");
        stooges.add("hello world");
    }

    public boolean isStooge(String name) {
        return stooges.contains(name);
    }
}

程序清单3-12  对数值及因数分解结果进行缓存的不可变容器类

/**
 * 对于在访问和更新多个相关变量是出现的竞态条件问题，可以通过将这些变量全部保存在一个不可变对象中来消除。
 * 如果是一个可变的对象，那么就必须使用锁来确保原子性。
 * 如果是一个不可变对象，那么当线程获得了对该对象的饮用后，就不必担心另一个线程会修改对象的状态。
 * 如果要更新这些变量，可以创建一个新的容器对象，但其他使用原有对象的线程仍然会看到对象处于一致的状态。
 * @author guchunchao
 *
 */
@Immutable
public class OneValueCache {//存缓存的容器类
    private final BigInteger lastNumber;
    private final BigInteger[] lastFactors;
    public OneValueCache(BigInteger lastNumber, BigInteger[] lastFactors) {
        this.lastNumber = lastNumber;
        this.lastFactors = lastFactors;
    }
    public BigInteger[] getLastFactors(BigInteger i) {
        if(lastNumber == null || lastNumber.equals(i))
            return null;
        else
            return Arrays.copyOf(lastFactors, lastFactors.length);
    }
}

//程序清单3-13  使用指向不可变容器对象的 volatile类型引用以缓存最新结果
@ThreadSafe
public class VolatileCacheFactorizer implements Servlet {

    private volatile OneValueCache cache = new OneValueCache(null, null);

    @Override
    public void service(ServletRequest req, ServletResponse res) throws ServletException, IOException {
        BigInteger i = extractFromReqest(req);
        BigInteger[] factors = cache.getLastFactors(i);
        if(factors == null) {
            factors = factor(i);
            cache =  new OneValueCache(i, factors);
        }
        encodeIntoResponse(res,factors);
    }
}

3.5 安全发布

程序清单3-14    在没有足够同步的情况下发布对象（不要这么做）

//不安全的发布
public Holder holder;

public void initialize() {
     holder = new Holder(42);
}

　　

程序清单3-15 由于未被正确发布，因此这个类可能出现故障

//不安全的发布
public class Holder {
    private int n;
    public Holder(int n) {
         this.n = n;
    }
　　 public void assertSanity() {
       if(n != n)
　　　　　　throw new AssertionError("This Statement is false.");
　　 }
}