创建Java线程安全类的七种方法

前言

几乎每个 Java 应用程序都使用线程。像 Tomcat 这样的 Web 服务器在单独的工作线程中处理每个请求，胖客户端在专用工作线程中处理长时间运行的请求，甚至批处理使用 java.util.concurrent.ForkJoinPool 来提高性能。

因此，有必要以线程安全的方式编写类，这可以通过以下技术之一来实现。

无状态

当多个线程访问同一个实例或静态变量时，您必须以某种方式协调对该变量的访问。最简单的方法就是避免使用实例或静态变量。没有实例变量的类中的方法只使用局部变量和方法参数。下面的例子展示了这样一个方法，它是类 java.lang.Math 的一部分：

public static int subtractExact(int x, int y) {
    int r = x - y;
    if (((x ^ y) & (x ^ r)) < 0) {
        throw new ArithmeticException("integer overflow");
    }
    return r;
}

没有共享状态

如果您无法避免状态，请不要共享状态。状态应该只由单个线程拥有。这种技术的一个例子是 SWT 或 Swing 图形用户界面框架的事件处理线程。

您可以通过扩展线程类并添加实例变量来实现线程局部实例变量。在以下示例中，字段 pool 和 workQueue 对于单个工作线程是本地的。

package java.util.concurrent;
public class ForkJoinWorkerThread extends Thread {
    final ForkJoinPool pool;                
    final ForkJoinPool.WorkQueue workQueue; 
}

实现线程局部变量的另一种方法是将类 java.lang.ThreadLocal 用于要使线程局部的字段。下面是一个使用 java.lang.ThreadLocal 的实例变量示例：

public class CallbackState {
public static final ThreadLocal<CallbackStatePerThread> callbackStatePerThread = 
    new ThreadLocal<CallbackStatePerThread>()
   {
      @Override
        protected CallbackStatePerThread  initialValue()
      { 
       return getOrCreateCallbackStatePerThread();
      }
   };
}

您将实例变量的类型包装在 java.lang.ThreadLocal 中。您可以通过方法 initialValue() 为您的 java.lang.ThreadLocal 提供初始值。

下面展示了如何使用实例变量：

CallbackStatePerThread callbackStatePerThread = CallbackState.callbackStatePerThread.get();

通过调用 get() 方法，您会收到与当前线程关联的对象。

由于在应用程序服务器中，使用许多线程池来处理请求，因此 java.lang.ThreadLocal 会导致此环境中的内存消耗很高。因此，不建议将 java.lang.ThreadLocal 用于由应用程序服务器的请求处理线程执行的类。

消息传递

如果您不使用上述技术共享状态，则需要一种线程进行通信的方式。做到这一点的一种技术是在线程之间传递消息。您可以使用 java.util.concurrent 包中的并发队列实现消息传递。或者，更好的是，使用Akka 之类的框架，这是一个演员风格并发的框架。以下示例显示了如何使用 Akka 发送消息：

target.tell(message, getSelf());

并收到一条消息：

@Override
public Receive createReceive() {
     return receiveBuilder()
        .match(String.class, s -> System.out.println(s.toLowerCase()))
        .build();
}

不可变状态

为了避免发送线程在另一个线程读取消息时更改消息的问题，消息应该是不可变的。因此，Akka 框架的约定是所有消息都必须是不可变的

当你实现一个不可变类时，你应该将它的字段声明为 final。这不仅可以确保编译器可以检查这些字段实际上是不可变的，而且即使它们被错误地发布，也可以使它们正确初始化。这是最终实例变量的示例：

public class ExampleFinalField
{
    private final int finalField;
    public ExampleFinalField(int value)
    {
        this.finalField = value;
    }
}

使用来自 java.util.concurrent 的数据结构

消息传递使用并发队列进行线程之间的通信。并发队列是 java.util.concurrent 包中提供的数据结构之一。这个包提供了并发映射、队列、出队、集合和列表的类。这些数据结构经过高度优化和线程安全测试。

同步块

如果您不能使用上述技术之一，请使用同步锁。通过将锁放在同步块中，您可以确保一次只有一个线程可以执行此部分。

synchronized(lock)
{
    i++;
}

请注意，当您使用多个嵌套同步块时，可能会出现死锁。当两个线程试图获取另一个线程持有的锁时，就会发生死锁。

易失性领域

正常的非易失性字段可以缓存在寄存器或缓存中。通过将变量声明为 volatile，您可以告诉JVM和编译器始终返回最新写入的值。这不仅适用于变量本身，还适用于线程写入 volatile 字段的所有值。下面显示了一个 volatile 实例变量的示例：

public class ExampleVolatileField
{
    private volatile int  volatileField;
}

如果写入不依赖于当前值，您可以使用 volatile 字段。或者，如果您可以确保一次只有一个线程可以更新该字段。

总结

到此这篇关于创建Java线程安全类的七种方法的文章就介绍到这了,更多相关Java线程安全类创建内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！