【Java 并发】对象的组合

【Java 并发】对象的组合

一，在设计线程安全类时，需要关注以下三个基本要素：

1，找出构成对象状态的所有变量。

这些变量指的是对象的域，如果对象中的所有域都是基本类型的变量，那么这些域将构成对象的全部状态，比如Counter中的value，或者二维点的状态就是它的坐标值（x，y）。另外，如果对象的域中引用了其他对象，那么该对象的状态将包含被引用对象的域。例如，LinkedList的状态就包含链表中所有节点对象的状态。

2，找出约束状态变量的不变性条件

不变性条件，我的理解为约束或者规范，用来判断某个状态是否有效。这个不变性条件可以是对象本身就有，比如一个整型变量就有自己的空间范围，还可以是由开发人员根据需求定的，比如某个int变量不能为负数。还有其他不变性条件：

先验条件，例如，不能从空队列中移除一个元素，在删除元素前，需要判断队列是否处于“非空的”状态。也就是说操作依赖于状态。

后验条件，判断状态迁移，转换是否有效，比如，value++，当前状态是1，则下一个状态只能是2,。也就是下一个状态依赖于当前状态。

此外，如果不变性状态包含多个状态，那么就必须要做到保证原子性和封装性。

3，建立对象状态的并发访问策略

有相应的机制构建线程安全类

二，构建线程安全类

1，实例封闭机制

实例封闭机制是构造线程安全类的一种最简单方式。当一个对象被封装到另一个对象中时，访问被封装的对象的方式就很清晰。这比可以被整个程序访问更易于实现线程安全。说白了就是通过封闭，控制和限制访问对象的方式，并且这更加容易使用锁机制。示例代码

public class PersonSet{
@GuardedBy("this")
private final Set<Person> mySet = new HashSet<Person>();
public synchronized void addPerson(Person p) {
mySet.add(p);
}
public synchronized boolean containsPerson(Person p) {
return mySet.contains(p);
}
}

PersonSet的状态都由HashSet管理，而HashSet是非线程安全的，将HashSet封闭在PersonSet，这样可以访问到mySet的方式只能通过addPerson和containsPerson，

在执行这两个方法时需要获得PersonSet的内置锁，所以在假设Person也是线程安全类的情况下，PersonSet就是线程安全类。

在封闭一个对象一定不能超出其设定的作用域，对象可以封闭为类的一个实例（私有成员），封闭在某个作用域（局部变量）和封闭在线程中。在使用时要注意逸出，比如前一篇博文中的在构造函数中声明匿名内部类或者启动线程。

2，线程安全性的委托

我们首先来考虑如果一个类只有一个线程安全的变量，那么很显然，这个类必然是线程安全的。

public class CountingFactorizer extends GenericServlet implements Servlet {
private final AtomicLong count = new AtomicLong(0);

public long getCount() { return count.get(); }

public void service(ServletRequest req, ServletResponse resp) {
BigInteger i = extractFromRequest(req);
BigInteger[] factors = factor(i);
count.incrementAndGet();
encodeIntoResponse(resp, factors);
}
}

在无状态的类中添加一个AtomicLong类型的域，并且得到的组合对象任然是线程安全的。

考虑多个线程安全变量

如果这个类的所有变量都是独立的：

public class VisualComponent {
private final List<KeyListener> keyListeners
= new CopyOnWriteArrayList<KeyListener>();
private final List<MouseListener> mouseListeners
= new CopyOnWriteArrayList<MouseListener>();

public void addKeyListener(KeyListener listener) {
keyListeners.add(listener);
}

public void addMouseListener(MouseListener listener) {
mouseListeners.add(listener);
}

public void removeKeyListener(KeyListener listener) {
keyListeners.remove(listener);
}

public void removeMouseListener(MouseListener listener) {
mouseListeners.remove(listener);
}
}

keyListeners和mouseListeners之间不存在任何关系，二者相互独立。CopyOnWriteArrayList也是一个线程安全链表，每个链表都是线程安全的，且各个状态之间不存在复合操作。VisualComponent 可以把线程安全委托给这两个变量。

如果这个类的所有变量存在依赖或者说关系时：

public class NumberRange {
// INVARIANT: lower <= upper
private final AtomicInteger lower = new AtomicInteger(0);
private final AtomicInteger upper = new AtomicInteger(0);

public void setLower(int i) {
// Warning -- unsafe check-then-act
if (i > upper.get())
throw new IllegalArgumentException("can't set lower to " + i + " > upper");
lower.set(i);
}

public void setUpper(int i) {
// Warning -- unsafe check-then-act
if (i < lower.get())
throw new IllegalArgumentException("can't set upper to " + i + " < lower");
upper.set(i);
}

public boolean isInRange(int i) {
return (i >= lower.get() && i <= upper.get());
}
}

NumberRange 的两个状态变量都是AtomicInteger，看起来好像线程安全，但是两个变量存在着一个约束条件：lower <= upper。并且程序是“先检查后执行”，假设原来的范围是（0,10），一个线程调用setLower(5)，同时另一个线程调用setUpper(4)，由于缺少同步机制，两个线程调用都成功，则结果修改为（5.4）。这是个无效状态，虽然AtomicInteger线程安全，但是两个变量不相互独立，因此NumberRange不能把线程安全委托给这两个变量。

如果一个类是由多个独立且线程安全的状态变量组成，并且所有的操作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。

以上都是阅读《Java编程思想》-并发和《Java并发编程实践》的笔记，不喜勿喷！