Java并发多线程与高并发(五)-线程安全策略

本文讲述在Java中经常会使用一些对象，集合。单线程下没问题，在多线程下就会出现问题，我们对这些对象在使用的时候如何去做来保证线程安全

不可变对象

不可变对象需要满足的条件：

• 对象创建以后其状态就不能修改
• 对象所有域都是final类型
• 对象是正确创建的（在对象创建期间，this引用没有逸出）

简而言之就是将类声明为final，将所有的成员声明为私有的，对变量不提供set方法。将所有可变的成员声明为final。在get方法中不返回对象本身，而是克隆对象的拷贝。（可参考String类）。

final关键字：类、方法、变量

• 修饰类：不能被继承，final类中的方法会被隐式的被指定为final方法

• 修饰方法：1、锁定方法被继承类修改；2、效率。一个类的private方法会被隐式指定为final类型

• 修饰变量：基本数据类型变量、引用类型变量。基本数据类型数值一旦被初始就不能被修改了，引用类型在对其初始化之后便不能指向另外一个对象，（注意）引用类型的值是可修改的

  package cn.hyqup.concurrency.immutable;
  
  import java.util.HashMap;
  import java.util.Map;
  
  /**
   * Copyright © 2021灼华. All rights reserved.
   *
   * @author create by hyq
   * @version 1.0
   * @date 2021/5/15
   * @description:
   */
  public class ImmutableExample1 {
      private final static Integer a = 1;
      private final static String b = "2";
      private final static Map<Integer, Integer> c = new HashMap<>();
  
      static {
          c.put(1, 1);
          c.put(2, 2);
      }
  
      public static void main(String[] args) {
  //        a=11; 不可以修改，编译时候就不允许
  //        b="22"; 不可以修改，编译时候就不允许
  //        c=new HashMap<>(); 不可以指向新的对象，编译时候就不允许
          c.put(1, 3);  // 引用类型但是可以修改值
      }
  }
  

不可变引用数据类型

• java提供：Collections.unmodifiableXXX:Collection、List、Set、Map…

• guava提供:ImmutableXXX：Collection、List、Set、Map…

线程封闭

当访问共享的可变数据时，通常需要同步。一种避免同步的方式就是不共享数据。如果仅在单线程内访问数据，就不需要同步，这种技术称为线程封闭（thread confinement）,ThreadLocal

线程不安全的类与写法

• StringBuilder和StringBuffer两种字符串拼接类

  • StringBuilder 线程不安全，但效率高
  • StringBuffer 线程安全，但效率低

• SimpleDateFormate

  多线程下不安全，可以采用jodaTime来实现

• ArrayList,HashSet，HashMap等集合（使用同步容器解决）

  • ArrayList
  • HashSet
  • HashMap

同步容器

使用synchronized来实现

• ArrayList->Vector,Stack

• HashMap->HashTable(key、value不能为null)

• Collections.synchronizedXXX(List、Set、Map)

并发容器及安全共享策略

同步容器的安全性得以保证，但是性能不是很好，所以Java中通常使用并发容器来替代同步容器，来完成并发下的工作

并发容器J.U.C(java.util.concurrent)

ArrayList –> CopyOnWriteArrayList

概念 :

简单的讲就是写操作时赋值,当有新元素添加到CopyOnWriteArrayList时,它先从原有的数组里边Copy一份出来然后在新的数组上做些操作,操作完成以后在将引用指向新的数组;CopyOnWriteArrayList所有的操作都是在锁的保护下进行的,这样做的目的主要是为了在多线程并发做add操作的时候复制出多个副本出来导致数据混乱

缺点 :

• 由于是copy的操作所以比较消耗内存,如果元素的内容较多的时候可能会触发GC

• 不能用于实时读的场景,它比较适合读多写少的场景(因为写的时候会复制新集合)

思想 :

• 读写分离
• 最终一致性
• 另外开辟空间解决并发冲突

HashSet –> CopyOnWriteArraySet和TreeSet –> ConcurrentSkipListSet

• CopyOnWriteArraySet 线程安全，底层实现是使用CopyOnWriteArrayList，特性类似CopyOnWriteArrayList，适合于数据量小的时候，只读操作大于可变操作的时候
• ConcurrentSkipListSet 是jdk6新增的类，和TreeSet 一样支持自然排序，并且在构造的时候自己定义比较器。基于Map集合的，在多线程环境下，（set 、add、remove）等方法都是线程安全的，但是对于批量操作（addAll、removeAll等）并不能保证以原子方式进行操作，原因是底层还是（add、remove 等）批量操作的时候只能保证每一次的操作是原子性的，不能保证每一次操作不能被其他操作打断。所以使用批量操作的时候可能需要手动处理一下（加锁）

HashMap –> ConcurrentHashMap 和 TreeMap –> ConcurrentSkipListMap

• ConcurrentHashMap 不允许空值，ConcurrentHashMap针对读操作多了特别多的优化,具有特别高的并发性

• ConcurrentSkipListMap 底层是使用SkipList这种跳表的结构实现的

  对比：ConcurrentHashMap 存取效率高于ConcurrentSkipListMap 。但是：

  1、ConcurrentSkipListMap 的key是有序的 2、支持更高的并发

总结：这里只涉及到了一小部分J.U.C的知识点