39.并发编程之不可变类的设计与应用

Leefs 2022-11-11 PM 1322℃ 0条

[TOC]

### 一、日期转换的问题

#### 1.1 问题提出

下面的代码在运行时，由于 `SimpleDateFormat` 不是线程安全的

```java
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;

/**
 * @author lilinchao
 * @date 2022-11-11
 * @description 日期转换的问题
 **/
@Slf4j(topic = "c.Test07")
public class Test07 {
    public static void main(String[] args) {
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
        for (int i = 0; i < 10; i++){
            new Thread(() -> {
                try {
                    log.info("{}",sdf.parse("2022-11-11"));
                } catch (ParseException e) {
                    log.error("{}",e);
                }
            }).start();
        }
    }
}
```

有很大几率出现 `java.lang.NumberFormatException` 或者出现不正确的日期解析结果，例如：

```
java.lang.NumberFormatException: For input string: "11.11E2"
	at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65)
	at java.lang.Long.parseLong(Long.java:589)
	at java.lang.Long.parseLong(Long.java:631)
	at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:195)
	at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2051)
	at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:2162)
	at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514)
	at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364)
	at com.lilinchao.thread.demo08.Test07.lambda$main$0(Test07.java:20)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
java.lang.NumberFormatException: For input string: ".E0"
	at sun.misc.FloatingDecimal.readJavaFormatString(FloatingDecimal.java:2043)
	at sun.misc.FloatingDecimal.parseDouble(FloatingDecimal.java:110)
	at java.lang.Double.parseDouble(Double.java:538)
	at java.text.DigitList.getDouble(DigitList.java:169)
	at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2056)
	at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869)
	at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514)
	at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364)
	at com.lilinchao.thread.demo08.Test07.lambda$main$0(Test07.java:20)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
09:56:54.318 c.Test07 [Thread-5] - Fri Nov 11 00:00:00 GMT+08:00 2022
09:56:54.318 c.Test07 [Thread-7] - Fri Nov 11 00:00:00 GMT+08:00 2022
```

#### 1.2 使用同步锁

这样虽能解决问题，但带来的是性能上的损失，并不算很好：

```java
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.text.SimpleDateFormat;

/**
 * @author lilinchao
 * @date 2022-11-11
 * @description 同步锁
 **/
@Slf4j(topic = "c.Test09")
public class Test09 {
    public static void main(String[] args) {
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                synchronized (sdf) {
                    try {
                        log.debug("{}", sdf.parse("2022-11-11"));
                    } catch (Exception e) {
                        log.error("{}", e);
                    }
                }
            }).start();
        }
    }
}
```

**运行结果**

```
10:05:03.937 c.Test09 [Thread-0] - Fri Nov 11 00:00:00 GMT+08:00 2022
10:05:03.942 c.Test09 [Thread-9] - Fri Nov 11 00:00:00 GMT+08:00 2022
10:05:03.942 c.Test09 [Thread-8] - Fri Nov 11 00:00:00 GMT+08:00 2022
10:05:03.942 c.Test09 [Thread-7] - Fri Nov 11 00:00:00 GMT+08:00 2022
10:05:03.942 c.Test09 [Thread-4] - Fri Nov 11 00:00:00 GMT+08:00 2022
10:05:03.942 c.Test09 [Thread-5] - Fri Nov 11 00:00:00 GMT+08:00 2022
10:05:03.942 c.Test09 [Thread-3] - Fri Nov 11 00:00:00 GMT+08:00 2022
10:05:03.943 c.Test09 [Thread-6] - Fri Nov 11 00:00:00 GMT+08:00 2022
10:05:03.943 c.Test09 [Thread-2] - Fri Nov 11 00:00:00 GMT+08:00 2022
10:05:03.943 c.Test09 [Thread-1] - Fri Nov 11 00:00:00 GMT+08:00 2022
```

#### 1.3 不可变

如果一个对象在不能够修改其内部状态（属性），那么它就是线程安全的，因为不存在并发修改。

这样的对象在 Java 中有很多，例如在 Java 8 后，提供了一个新的日期格式化类：

```java
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.time.LocalDate;
import java.time.format.DateTimeFormatter;

/**
 * @author lilinchao
 * @date 2022-11-11
 * @description 不可变实现
 **/
@Slf4j(topic = "c.Test08")
public class Test08 {
    public static void main(String[] args) {
        DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd");
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                LocalDate date = dtf.parse("2022-11-11", LocalDate::from);
                log.info("{}", date);
            }).start();
        }
    }
}
```

**运行结果**

```
10:06:04.929 c.Test08 [Thread-0] - 2022-11-11
10:06:04.930 c.Test08 [Thread-3] - 2022-11-11
10:06:04.930 c.Test08 [Thread-1] - 2022-11-11
10:06:04.929 c.Test08 [Thread-7] - 2022-11-11
10:06:04.930 c.Test08 [Thread-9] - 2022-11-11
10:06:04.929 c.Test08 [Thread-6] - 2022-11-11
10:06:04.929 c.Test08 [Thread-2] - 2022-11-11
10:06:04.930 c.Test08 [Thread-5] - 2022-11-11
10:06:04.929 c.Test08 [Thread-4] - 2022-11-11
10:06:04.930 c.Test08 [Thread-8] - 2022-11-11
```

可以看 `DateTimeFormatter` 的文档：

```
@implSpec
This class is immutable and thread-safe.
```

不可变对象，实际是另一种避免竞争的方式。

### 二、不可变设计

另一个大家更为熟悉的 String 类也是不可变的，以它为例，说明一下不可变设计的要素

```java
public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];
    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0

// ...

}
```

#### final 的使用

发现该类、类中所有属性都是 final 的

+ 属性用 final 修饰保证了该属性是只读的，不能修改
+ 类用 final 修饰保证了该类中的方法不能被覆盖，防止子类无意间破坏不可变性

#### 保护性拷贝

但有同学会说，使用字符串时，也有一些跟修改相关的方法，比如 substring 等，那么下面就看一看这些方法是如何实现的，就以 substring 为例：

```java
public String substring(int beginIndex) {
    if (beginIndex < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
    }
    int subLen = value.length - beginIndex;
    if (subLen < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
    }
    return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);
}
```

发现其内部是调用 String 的构造方法创建了一个新字符串，再进入这个构造看看，是否对 final char[] value 做出了修改：

```java
public String(char value[], int offset, int count) {
    if (offset < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset);
    }
    if (count <= 0) {
        if (count < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(count);
        }
        if (offset <= value.length) {
            this.value = "".value;
            return;
        }
    }
    if (offset > value.length - count) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset + count);
    }
    this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
}
```

结果发现也没有，构造新字符串对象时，会生成新的 char[] value，对内容进行复制 。

这种通过创建副本对象来避免共享的手段称之为【保护性拷贝（defensive copy）】。

标签: 并发编程

非特殊说明，本博所有文章均为博主原创。

如若转载，请注明出处：https://lilinchao.com/archives/2571.html

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