四、线程安全策略

1、不可变对象

• 如果对象在发布之后不会被修改，那么对于其他在没有额外同步的情况下安全地访问这些对象的线程来说，安全发布时足够的。如果一个对象从技术上来说的可变的，但是其状态在发布后不会再改变，那么把这种对象称为“事实不可变对象（Effectively Immutable Object）“。

• 不可变对象满足的条件

  • 对象创建以后其状态就不可修改。

  • 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)

• final关键字： 类、方法、变量

  • 修改类：不能被继承。
  • 修饰方法： 1、锁定方法不被继承类修改； 2、效率
  • 修饰变量： 基本数据类型变量，引用类型变量。

2、　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）

• 线程封闭技术一个常见的应用就是JDBC的Connection对象，JDBC规范并没有要求Connection对象必须是线程安全的，在服务器应用程序中，线程从连接池获取一个Connection对象，使用完之后将对象返还给连接池。下面介绍几种线程封闭技术：

  • 1、Ad-hoc线程封闭

    • Ad-hoc线程封闭是指，维护线程的封闭性的职责完全由程序实现承担，是非常脆弱的，因此在程序中尽量少使用，一般使用更强的线程封闭技术，比如栈封闭或者ThreadLocal类。

  • 2、栈封闭

    • 栈封闭是线程封闭的一种特列，在栈封闭中，只能通过局部变量才能访问对象。局部变量的固有属性之一就是封闭在执行栈中，其他线程无法访问这个栈，栈封闭也称为线程内部使用或者线程局部使用。简单的说就是局部变量。多个线程访问一个方法，此方法中的局部变量都会被拷贝一分儿到线程栈中。所以局部变量是不被多个线程所共享的，也就不会出现并发问题。所以能用局部变量就别用全局的变量，全局变量容易引起并发问题。

  • 3、ThreadLocal类

    • 维持线程封闭性的一种更加规范方法是使用ThreadLocal类，这个类能使线程中某个值与保存值的对象关联起来。ThreadLocal类提供了get和set等访问接口或者方法，这些方法为每个使用该变量的线程都存在一份独立的副本，因此get总是放回当前执行线程在调用set设置的最新值
  
  • 程序运行时，很显然每个线程都被分配了自己的存储。如果不是使用ThreadLocal类，那这五个线程共享的是num变量，必然会产生线程不安全产生竞争。

3、Java集合类中的线程安全

StringBuffer是线程安全，而StringBuilder是线程不安全的。对于安全与不安全没有深入的理解情况下，易造成这样的错觉，如果对于StringBuffer的操作均是线程安全的，然而，Java给你的保证的线程安全，是说它的方法是执行是排它的，而不是对这个对象本身的多次调用情况下，还是安全的

• SimpleDateFormat是非线程安全的
  如何实现线程安全呢

@Slf4j
@ThreadSafe
public class DateFormatExample2 {

    // 请求总数
    public static int clientTotal = 5000;

    // 同时并发执行的线程数
    public static int threadTotal = 200;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);
        for (int i = 0; i < clientTotal ; i++) {
            executorService.execute(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();
                    update();
                    semaphore.release();
                } catch (Exception e) {
                    log.error("exception", e);
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
    }

    private static void update() {
        try {
            SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyyMMdd");
            simpleDateFormat.parse("20180208");
        } catch (Exception e) {
            log.error("parse exception", e);
        }
    }
}

• java8 通过 DateTimeFormatter 进行处理.如果是JDK8的应用，可以使用instant代替Date，Localdatetime代替Calendar，Datetimeformatter代替Simpledateformatter，官方给出的解释：simple beautiful strong immutable thread-safe。

@Slf4j
@ThreadSafe
public class DateFormatExample3 {

    // 请求总数
    public static int clientTotal = 5000;

    // 同时并发执行的线程数
    public static int threadTotal = 200;

    private static DateTimeFormatter dateTimeFormatter = DateTimeFormat.forPattern("yyyyMMdd");

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);
        for (int i = 0; i < clientTotal; i++) {
            final int count = i;
            executorService.execute(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();
                    update(count);
                    semaphore.release();
                } catch (Exception e) {
                    log.error("exception", e);
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
    }

    private static void update(int i) {
        log.info("{}, {}", i, DateTime.parse("20180208", dateTimeFormatter).toDate());
    }
}

• Vector、ArrayList、LinkedList：

  • 1、Vector：
    • Vector与ArrayList一样，也是通过数组实现的，不同的是它支持线程的同步，即某一时刻只有一个线程能够写Vector，避免多线程同时写而引起的不一致性，但实现同步需要很高的花费，因此，访问它比访问ArrayList慢。
  • 2、ArrayList：
    • a. 当操作是在一列数据的后面添加数据而不是在前面或者中间，并需要随机地访问其中的元素时，使用ArrayList性能比较好。
    • b. ArrayList是最常用的List实现类，内部是通过数组实现的，它允许对元素进行快速随机访问。数组的缺点是每个元素之间不能有间隔，当数组大小不满足时需要增加存储能力，就要讲已经有数组的数据复制到新的存储空间中。当从ArrayList的中间位置插入或者删除元素时，需要对数组进行复制、移动、代价比较高。因此，它适合随机查找和遍历，不适合插入和删除。
  • 3、LinkedList：
    • a. 当对一列数据的前面或者中间执行添加或者删除操作时，并且按照顺序访问其中的元素时，要使用LinkedList。
    • b. LinkedList是用链表结构存储数据的，很适合数据的动态插入和删除，随机访问和遍历速度比较慢。另外，他还提供了List接口中没有定义的方法，专门用于操作表头和表尾元素，可以当作堆栈、队列和双向队列使用。
      　　
      Vector和ArrayList在使用上非常相似，都可以用来表示一组数量可变的对象应用的集合，并且可以随机的访问其中的元素。

• HashTable、HashMap、HashSet：

  • HashTable和HashMap采用的存储机制是一样的，不同的是：

    • 1、HashMap：

      • a. 采用数组方式存储key-value构成的Entry对象，无容量限制；
      • b. 基于key hash查找Entry对象存放到数组的位置，对于hash冲突采用链表的方式去解决；
      • c. 在插入元素时，可能会扩大数组的容量，在扩大容量时须要重新计算hash，并复制对象到新的数组中；
      • d. 是非线程安全的；
      • e. 遍历使用的是Iterator迭代器；

    • 2、HashTable：

      • a. 是线程安全的；
      • b. 无论是key还是value都不允许有null值的存在；在HashTable中调用Put方法时，如果key为null，直接抛出NullPointerException异常；
      • c. 遍历使用的是Enumeration列举；

    • 3、HashSet：

      • a. 基于HashMap实现，无容量限制；
      • b. 是非线程安全的；
      • c. 不保证数据的有序；

• TreeSet、TreeMap：

  • TreeSet和TreeMap都是完全基于Map来实现的，并且都不支持get(index)来获取指定位置的元素，需要遍历来获取。另外，TreeSet还提供了一些排序方面的支持，例如传入Comparator实现、descendingSet以及descendingIterator等。

    • 1、TreeSet：

      • a. 基于TreeMap实现的，支持排序；
      • b. 是非线程安全的；

    • 2、TreeMap：

      • a. 典型的基于红黑树的Map实现，因此它要求一定要有key比较的方法，要么传入Comparator比较器实现，要么key对象实现Comparator接口；
      • b. 是非线程安全的；

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