1 如何设计一个线程安全的类?
在设计线程安全类的过程中,需要包含以下三个基本要素:
- 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,后验条件
- 建立对象状态的并发访问管理策略
2 什么是实例封闭
实例封闭机制(Instance Confinement)将一个对象X(通常非线程安全)封装到另一个对象A内部,只能通过A的方法访问X,并通过A的内置锁对方法加锁,则可以实现访问对象X的线程安全,这种方法交实例封闭。
// 线程安全的set
public class PersonSet {
// mySet被this保护
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);
}
}
上面代码中 mySet初始化了一个private final的实例,并且mySet只能通过PersonSet的加内置锁方法addPerson()和containsPerson()访问,所以实现了线程安全。
Collections.synchronizedList及其类似方法都是通过线程封闭实现线程安全的。
3 线程的安全性委托
- 线程的安全性委托(个人理解,可能不准确):通过多个线程安全的类组合成的类A的线程安全性取决于组A的各个类,如果他们构成的A是线程安全的,我们可以说A的安全性委托给了构成它的类。如果A不是线程安全的,即构成的类中存在耦合关系,导致各状态之间存在不变性条件,委托就会失效。
- 什么情况下可以实现安全性委托。如果一个类由多个独立且线程安全的状态变量组成,并且所有的操作中都不包含无效状态转换,那么可以将线程安全性委托给底层的状态变量。
- 什么情况下可以发布状态变量。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,在变量的操作上也不存在任何不允许的状态转换,那么就可以安全的发布这个变量。
4 在现有的线程安全的类中添加功能
- 直接修改原始的类。(通常无法做到,你不能修改别人的源码)
- 继承自这个类,进行扩展。(通常不适用,因为该类状态必须对子类公开才能扩展)
- 客户端加锁(必须注意加锁加的是那一把锁)
- 组合方式(注意底层状态引用是private final确保只有该引用指向底层对象)
通过客户端加锁实现“若没有则添加”
public class ListHelper<E> {
public List<E> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
public boolean putIfAbsent(E x){
synchronized (list){ // 确保和底层list都是加的同一把锁
boolean absent = !list.contains(x);
if (absent)
list.add(x);
return absent;
}
}
// 其他方法....
}
通过组合实现“若没有则添加”
public class ImprovedList <T> implements List<T> {
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);
return !contains;
}
public synchronized void clear(){list.clear();}
// ......其他方法略
}