JUC笔记共享模型之不可变

一、不可变类设计

不可变&＃xff1a;如果一个对象不能够修改其内部状态&＃xff08;属性&＃xff09;&＃xff0c;那么就是不可变对象

不可变对象线程安全的&＃xff0c;不存在并发修改和可见性问题&＃xff0c;是另一种避免竞争的方式

String 类也是不可变的&＃xff0c;该类和类中所有属性都是final的

• 类用final修饰保证了该类中的方法不能被覆盖&＃xff0c;防止子类无意间破坏不可变性

• 无写入方法&＃xff08;set&＃xff09;确保外部不能对内部属性进行修改

• 属性用final修饰保证了该属性是只读的&＃xff0c;不能修改

  public final class Stringimplements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {/** The value is used for character storage. */private final char value[];//....
}


• 更改 String 类数据时&＃xff0c;会构造新字符串对象&＃xff0c;生成新的 char[] value&＃xff0c;通过创建副本对象来避免共享的方式称之为保护性拷贝

二、final

原理

public class TestFinal {final int a &＃61; 20;
}


字节码&＃xff1a;

0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."":()V
4: aload_0
5: bipush 20 // 将值直接放入栈中
7: putfield #2 // Field a:I
<-- 写屏障
10: return


final 变量的赋值通过 putfield 指令来完成&＃xff0c;在这条指令之后也会加入写屏障&＃xff0c;保证在其它线程读到它的值时不会出现为 0 的情况

其他线程访问 final 修饰的变量会复制一份放入栈中&＃xff0c;效率更高

三、享元设计模式

• 简介定义英文名称&＃xff1a;Flyweight pattern, 重用数量有限的同一类对象。
  • 结构型模式

享元模式的体现:

1、在JDK中Boolean&＃xff0c;Byte&＃xff0c;Short&＃xff0c;Integer&＃xff0c;Long&＃xff0c;Character等包装类提供了valueOf方法&＃xff0c;例如 Long 的valueOf会缓存-128~127之间的 Long 对象&＃xff0c;在这个范围之间会重用对象&＃xff0c;大于这个范围&＃xff0c;才会新建 Long 对象

public static Long valueOf(long l) {final int offset &＃61; 128;if (l >&＃61; -128 && l <&＃61; 127) { // will cachereturn LongCache.cache[(int)l &＃43; offset];}return new Long(l);
}


• Byte, Short, Long 缓存的范围都是-128-127
• Character 缓存的范围是 0-127
• Boolean 缓存了 TRUE 和 FALSE
• Integer的默认范围是 -128~127&＃xff0c;最小值不能变&＃xff0c;但最大值可以通过调整虚拟机参数 "-Djava.lang.Integer.IntegerCache.high "来改变

2、String 串池
3、BigDecimal, BigInteger

四、实现一个简单的连接池

例如&＃xff1a;一个线上商城应用&＃xff0c;QPS 达到数千&＃xff0c;如果每次都重新创建和关闭数据库连接&＃xff0c;性能会受到极大影响。 这时预先创建好一批连接&＃xff0c;放入连接池。一次请求到达后&＃xff0c;从连接池获取连接&＃xff0c;使用完毕后再还回连接池&＃xff0c;这样既节约了连接的创建和关闭时间&＃xff0c;也实现了连接的重用&＃xff0c;不至于让庞大的连接数压垮数据库。

/*** Description: 简易连接池** &＃64;author guizy* &＃64;date 2020/12/29 21:21*/
public class Test2 {public static void main(String[] args) {/*使用连接池*/Pool pool &＃61; new Pool(2);for (int i &＃61; 0; i < 5; i&＃43;&＃43;) {new Thread(() -> {Connection conn &＃61; pool.borrow();try {Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}pool.free(conn);}).start();}}
}&＃64;Slf4j(topic &＃61; "guizy.Pool")
class Pool {// 1. 连接池大小private final int poolSize;// 2. 连接对象数组private Connection[] connections;// 3. 连接状态数组: 0 表示空闲, 1 表示繁忙private AtomicIntegerArray states;// 4. 构造方法初始化public Pool(int poolSize) {this.poolSize &＃61; poolSize;this.connections &＃61; new Connection[poolSize];this.states &＃61; new AtomicIntegerArray(new int[poolSize]);//使用AtomicIntegerArray保证states的线程安全for (int i &＃61; 0; i < poolSize; i&＃43;&＃43;) {connections[i] &＃61; new MockConnection("连接" &＃43; (i &＃43; 1));}}// 5. 借连接public Connection borrow() {while (true) {for (int i &＃61; 0; i < poolSize; i&＃43;&＃43;) {// 获取空闲连接if (states.get(i) &＃61;&＃61; 0) {if (states.compareAndSet(i, 0, 1)) {//使用compareAndSet保证线程安全log.debug("borrow {}", connections[i]);return connections[i];}}}// 如果没有空闲连接&＃xff0c;当前线程进入等待, 如果不写这个synchronized,其他线程不会进行等待, // 一直在上面while(true), 空转, 消耗cpu资源synchronized (this) {try {log.debug("wait...");this.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}// 6. 归还连接public void free(Connection conn) {for (int i &＃61; 0; i < poolSize; i&＃43;&＃43;) {if (connections[i] &＃61;&＃61; conn) {states.set(i, 0);synchronized (this) {log.debug("free {}", conn);this.notifyAll();}break;}}}
}class MockConnection implements Connection {private String name;public MockConnection(String name) {this.name &＃61; name;}&＃64;Overridepublic String toString() {return "MockConnection{" &＃43;"name&＃61;&＃39;" &＃43; name &＃43; &＃39;\&＃39;&＃39; &＃43;&＃39;}&＃39;;}// Connection 实现方法略
}


22:01:07.000 guizy.Pool [Thread-2] - wait...
22:01:07.000 guizy.Pool [Thread-0] - borrow MockConnection{name&＃61;&＃39;连接1&＃39;}
22:01:07.005 guizy.Pool [Thread-4] - wait...
22:01:07.000 guizy.Pool [Thread-1] - borrow MockConnection{name&＃61;&＃39;连接2&＃39;}
22:01:07.006 guizy.Pool [Thread-3] - wait...
22:01:07.099 guizy.Pool [Thread-0] - free MockConnection{name&＃61;&＃39;连接1&＃39;}
22:01:07.099 guizy.Pool [Thread-2] - wait...
22:01:07.099 guizy.Pool [Thread-3] - borrow MockConnection{name&＃61;&＃39;连接1&＃39;}
22:01:07.099 guizy.Pool [Thread-4] - wait...
22:01:07.581 guizy.Pool [Thread-3] - free MockConnection{name&＃61;&＃39;连接1&＃39;}
22:01:07.582 guizy.Pool [Thread-2] - borrow MockConnection{name&＃61;&＃39;连接1&＃39;}
22:01:07.582 guizy.Pool [Thread-4] - wait...
22:01:07.617 guizy.Pool [Thread-1] - free MockConnection{name&＃61;&＃39;连接2&＃39;}
22:01:07.618 guizy.Pool [Thread-4] - borrow MockConnection{name&＃61;&＃39;连接2&＃39;}
22:01:07.955 guizy.Pool [Thread-4] - free MockConnection{name&＃61;&＃39;连接2&＃39;}
22:01:08.552 guizy.Pool [Thread-2] - free MockConnection{name&＃61;&＃39;连接1&＃39;}


五、State

无状态&＃xff1a;成员变量保存的数据也可以称为状态信息&＃xff0c;无状态就是没有成员变量

Servlet 为了保证其线程安全&＃xff0c;一般不为 Servlet 设置成员变量&＃xff0c;这种没有任何成员变量的类是线程安全的

参考&＃xff1a;

• Java并发编程(八) : 不可变对象设计(String保护性拷贝)、final的使用、享元模式
• JUC-无锁