经过前两篇文章的介绍，我们已经了解了一些并发编程的底层细节，这一篇我们将继续介绍如何设计线程安全的类和代码块。
线程安全类
在设计线程安全类的过程中，需要包含以下三个基本要素：
- 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。
对象状态中存在着需要进行线程同步的变量，由于Ownership在Java中并没有充分的体现，而是属于类设计的一个元素。如果分配并填充了一个HashMap对象，那么相当于创建了多个对象：HashMap对象的逻辑状态包括所有的Map.Entry对象以及内部对象。
在对象的操作中，不变性条件用于判断状态是有效的还是无效的。同时还会包含一些后验条件判断状态迁移是否是有效的。在类中也可以包含同时约束多个状态变量的不变性条件，比如在表示数据范围的类中包含两个状态变量，分别表示范围的上限和下限，类似这种多个变量的不变性条件将带来原子性需求。
同步策略定义了如何在不违背对象不变性条件或后验条件的情况下，对其状态的访问操作进行协同。同步策略规定了如何将不可变性、线程封闭与加锁制度等结合起来维护线程的安全性。
实例封闭
在讨论多线程编程的线程安全性时，如果换一个思路，确保对象只能由单个线程访问，那么一定是线程安全的，这就大大简化了线程安全类的实现过程。当一个对象被封装到另一个对象中时，能够访问被封装对象的所有代码路径都是已知的，那么将封闭机制和合适的加锁策略结合起来，就可以确保以线程安全的方式使用非线程安全类。
举一个简单的例子，在PersonSet中使用HashSet类，虽然HashSet并不是线程安全的，但由于在PersonSet中，对HashSet的操作由内置锁保护，那么PersonSet就是一个线程安全的类。
@ThreadSafe
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);
}
}
这里引出了一个概念：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，并由对象自己的内置锁来保护。当然，Java监视器模式只是一种编写代码的约定，在实际开发中，也可以用私有锁保护对象的状态。
线程安全类的组合
如果类中的各个组件已经是线程安全的，那这些类组合得到的一个类，是否是线程安全的呢？答案是不一定。
比如以下的例子，VisualComponent是一个图形组件，其中包含两个线程安全的监听器列表，由于这两个列表之间不存在任何关系，是彼此独立的，因此这里新生成的类是线程安全的。
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);
}
}
网友评论