「Java并发编程实战」之对象的组合

前言

本系列博客是对读《Java并发编程实战》的一点总结，读这本书感觉实在是太枯燥无味了，所以打算读完总结回顾下，对于想要快速了解本书内容的朋友，非常适合阅读此系列博客。

• 「Java并发编程实战」之对象的共享
• 「Java并发编程实战」之对象的组合

设计线程安全的类

这一小节主要阐述，如何才能设计一个线程安全的类，在设计线程安全类的过程中，需要包含以下三个要素：

• 找出构成对象状态的所有变量。
• 找出约束状态变量的不变性条件。
• 建立对象状态的并发访问管理策略。

1. 要创建一个线程安全的类，首先要明白哪些状态是需要同步的，就是要先收集同步需求。例如：当类中的一个变量的int值是10，每次加一，那么下一次只能是11。当下一个状态需要依赖当前状态时，这个操作必须是一个复合操作。该操作必须是一个原子操作。
2. 类的不变性条件与后验条件约束了在对象上有哪些状态和状态转换是有效的，在某些对象的方法中还包含一些基于状态的先验条件，例如：不能从空队列中移除一个元素，在删除元素前，队列必须为非空状态。如果某个类的操作中包含基于状态的先验条件，那么这个操作就称为依赖状态的操作，可以通过现有库中的类（例如阻塞队列Blocking Queue或信号量）来实现依赖状态的行为。
3. 在Java中也存在所有权模型，只不过垃圾回收器为我们减少了许多在引用共享方面常见的错误，因此降低了在所有权处理上的开销，所有权与封装总是相互关联的，对象封装它拥有的状态，反之对封装的状态拥有所有权，状态变量的所有这将决定采用何种加锁协议来维持变量状态的完整性，所有权意味着控制权。这是一个再类设计中需要考虑的一个要素。

对象的状态：对象的状态由变量构成，就是类中的字段。

不变性条件：不变性条件是，在程序执行过程或部分过程中，可始终被假定成立的条件。比如，循环的不变性条件就是只有为真才开始循环。

实例封闭

在上一节中我们说过线程封闭，线程封闭主要是用来将数据封装到线程内部，只能它自己使用。那么实例封闭是干什么的？
如果某个对象不是线程安全的，可以通过多种技术使其在多线程程序中安全的使用。在此节中介绍了一个Java监视器模式，遵循Java监视器模式的对象会把对象的所有可变状态都封装起来，并由对象自己内置的锁来保护。

//伪代码
public final class Counter{
    private long value = 0;
    
    public synchronized long getValue(){
        return value;
    }
    public synchronized long increment(){
        return ++value;
    }
}

Java中许多类都使用了Java监视器模式，，例如Vector和Hashtable，Java监视器模式仅仅是一种编写代码的约定。

线程安全性的委托

1. 当将线程的安全性委托给多个状态变量，只要这些变量时彼此独立的，即组合而成的类并不会在其包含的多个状态变量上增加任何不变性条件。如果每个变量都是线程安全的，那么这个类就是线程安全的，它可以将自己的线程安全性委托给它自己的变量，前提是这些变量相互直接都彼此独立，并且是线程安全的。
2. 大多数组合对象他们的状态变量之间都存在这某些不变性条件，当状态变量之间有关联就会出现复合操作，那么仅依靠委托并不足以实现线程安全性，在这种情况下必须提供自己的加锁机制来保证复合操作都是原子性的。
3. 如果一个状态变量是线程安全的，并且没有任何不变性条件来约束它的值，在变量上的操作也不存在任何不允许的状态转换，那么就可以安全地发布这个变量了。

现有线程安全类中添加功能

有时候，某个现有的线程安全类能支持我们所需要的所有操作，但更多的时候，现有的类只能支持大部分操作，这个时候就需要在不破坏线程安全性的情况下添加一个新的操作。

1. 客户端加锁机制

客户端加锁是指，对于使用某个对像X的客户端代码，使用X本身用于保护其状态的锁来保护这段客户代码，要使用客户端加锁，你必须知道对象X使用的是哪一个锁。客户端加锁是脆弱的，因为它将类加锁的代码分布到多个类中。就是使用方必须加锁。

1. 组合

//伪代码
public class ImprovedList<T> implements List {
    private final List<T> list;

    public ImprovedList(List<T> list) {
        this.list = list;
    }

    public synchronized boolean putIfAbsent(T x) {
        boolean contains = list.contains(x);
        if (!contains) {
            list.add(x);
        }
    }

    //按照此种方式委托list的其他方法
    public synchronized void clear() {
        list.clear();
    }
}

代码中ImprovedList通过对List对象的操作委托给底层的List实例来实现List的操作，新增一个如果没有则添加的方法。这就是组合。事实上使用了Java监视器模式来封装现有的List，并且只要在类中拥有指向底层List的唯一外部引用，就能确保线程安全性。

大家看后辛苦点个赞点个关注哦！查看个人主页，有更多的博客哦。如有错误，烦请指正。
有兴趣加群一起交流。