創建Java線程安全類的七種方法

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前言

幾乎每個 Java 應用程序都使用線程。像 Tomcat 這樣的 Web 服務器在單獨的工作線程中處理每個請求，胖客戶端在專用工作線程中處理長時間運行的請求，甚至批處理使用 java.util.concurrent.ForkJoinPool 來提高性能。

因此，有必要以線程安全的方式編寫類，這可以通過以下技術之一來實現。

無狀態

當多個線程訪問同一個實例或靜態變量時，您必須以某種方式協調對該變量的訪問。最簡單的方法就是避免使用實例或靜態變量。沒有實例變量的類中的方法隻使用局部變量和方法參數。下面的例子展示瞭這樣一個方法，它是類 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;
}

沒有共享狀態

如果您無法避免狀態，請不要共享狀態。狀態應該隻由單個線程擁有。這種技術的一個例子是 SWT 或 Swing 圖形用戶界面框架的事件處理線程。

您可以通過擴展線程類並添加實例變量來實現線程局部實例變量。在以下示例中，字段 pool 和 workQueue 對於單個工作線程是本地的。

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

實現線程局部變量的另一種方法是將類 java.lang.ThreadLocal 用於要使線程局部的字段。下面是一個使用 java.lang.ThreadLocal 的實例變量示例：

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

您將實例變量的類型包裝在 java.lang.ThreadLocal 中。您可以通過方法 initialValue() 為您的 java.lang.ThreadLocal 提供初始值。

下面展示瞭如何使用實例變量：

CallbackStatePerThread callbackStatePerThread = CallbackState.callbackStatePerThread.get();

通過調用 get() 方法，您會收到與當前線程關聯的對象。

由於在應用程序服務器中，使用許多線程池來處理請求，因此 java.lang.ThreadLocal 會導致此環境中的內存消耗很高。因此，不建議將 java.lang.ThreadLocal 用於由應用程序服務器的請求處理線程執行的類。

消息傳遞

如果您不使用上述技術共享狀態，則需要一種線程進行通信的方式。做到這一點的一種技術是在線程之間傳遞消息。您可以使用 java.util.concurrent 包中的並發隊列實現消息傳遞。或者，更好的是，使用Akka 之類的框架，這是一個演員風格並發的框架。以下示例顯示瞭如何使用 Akka 發送消息：

target.tell(message, getSelf());

並收到一條消息：

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

不可變狀態

為瞭避免發送線程在另一個線程讀取消息時更改消息的問題，消息應該是不可變的。因此，Akka 框架的約定是所有消息都必須是不可變的

當你實現一個不可變類時，你應該將它的字段聲明為 final。這不僅可以確保編譯器可以檢查這些字段實際上是不可變的，而且即使它們被錯誤地發佈，也可以使它們正確初始化。這是最終實例變量的示例：

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

使用來自 java.util.concurrent 的數據結構

消息傳遞使用並發隊列進行線程之間的通信。並發隊列是 java.util.concurrent 包中提供的數據結構之一。這個包提供瞭並發映射、隊列、出隊、集合和列表的類。這些數據結構經過高度優化和線程安全測試。

同步塊

如果您不能使用上述技術之一，請使用同步鎖。通過將鎖放在同步塊中，您可以確保一次隻有一個線程可以執行此部分。

synchronized(lock)
{
    i++;
}

請註意，當您使用多個嵌套同步塊時，可能會出現死鎖。當兩個線程試圖獲取另一個線程持有的鎖時，就會發生死鎖。

易失性領域

正常的非易失性字段可以緩存在寄存器或緩存中。通過將變量聲明為 volatile，您可以告訴JVM和編譯器始終返回最新寫入的值。這不僅適用於變量本身，還適用於線程寫入 volatile 字段的所有值。下面顯示瞭一個 volatile 實例變量的示例：

public class ExampleVolatileField
{
    private volatile int  volatileField;
}

如果寫入不依賴於當前值，您可以使用 volatile 字段。或者，如果您可以確保一次隻有一個線程可以更新該字段。

總結

到此這篇關於創建Java線程安全類的七種方法的文章就介紹到這瞭,更多相關Java線程安全類創建內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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