多线程设计模式

TODO

Single Threaded Execution 模式

同一时间内只能让一个线程执行处理。

synchronized标记方法。

STE模式下存在一个共享资源类，包含 safeMethod 和 unsafeMethod ，并会保护不安全的方法。

何时使用STE

• 多线程访问：共享资源类的实例可能被多个线程同时访问时。

• 共享资源类实例的状态可能发生变化时。

• 需要确保安全性时。（Java集合类大多为非线程安全）

STE分析

生存性

死锁危险，此时：

• 存在多个共享资源角色

• 线程在持有某个共享资源角色的锁时，获取其他角色的锁

• 获取共享资源角色的锁顺序不固定

可复用性

多线程下的继承，如果共享资源类子类存在 unsafeMethod ，则会影响父类的安全性。（继承反常）

临界区及性能

临界区：只允许单个线程执行的程序。

STE模式会降低性能，原因：

• 获取锁需要处理时间

• 线程冲突导致等待

细节和习题

• 使unlock不被return和异常处理打断。

• 注意选对获取锁的实例

• 引用类型、int、char等基本类型的赋值和引用操作是原子的，而long、double类型的赋值和引用是非原子操作。

Immutable 模式

示例类

• 只含get方法不含set方法的类

  如果getter的实现不常规，如返回StringBuffer，则外部可能修改实例内容。

• 类字段声明为private final

当使用需频繁访问的共享实例时，Immutable模式下的类不需要使用synchronized进行保护，性能较高。

StringBuffer类和String类是成对的mutable和immutable类，前者可随便改写字符串（为确保安全，需妥善使用synchronized），后者不可改写，但引用的速度更快。二者通过构造函数，可互相转换。

final关键字

• 无法创建final类的子类（无法拓展）

• final实例方法不会被子类的方法重写；静态final方法表示不会被子类的方法隐藏。

• final字段只可被赋值一次

  对final实例字段：声明时或构造函数中赋值

  对final静态字段：声明时或静态初始化代码块中赋值

集合类与多线程

Collections.synchronizedList

ArrayList是线程不安全的类，改进如下：

final List<Integer> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<Integer>());

进行“写”，无需多加处理；对于“读”，需要额外同步：

synchronized(this){
    for (int i : list)
        system.out.println(i);
}

copy-on-write

java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList类使用“写时复制”机制，确保安全的数组被整体复制，无需担心迭代器依次读取元素时元素被修改。

习题

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参考： 《图解Java多线程设计模式》