前言

幾乎每個(gè) Java 應(yīng)用程序都使用線程。像 Tomcat 這樣的 Web 服務(wù)器在單獨(dú)的工作線程中處理每個(gè)請(qǐng)求，胖客戶端在專用工作線程中處理長時(shí)間運(yùn)行的請(qǐng)求，甚至批處理使用 java.util.concurrent.ForkJoinPool 來提高性能。

因此，有必要以線程安全的方式編寫類，這可以通過以下技術(shù)之一來實(shí)現(xiàn)。

無狀態(tài)

當(dāng)多個(gè)線程訪問同一個(gè)實(shí)例或靜態(tài)變量時(shí)，您必須以某種方式協(xié)調(diào)對(duì)該變量的訪問。最簡單的方法就是避免使用實(shí)例或靜態(tài)變量。沒有實(shí)例變量的類中的方法只使用局部變量和方法參數(shù)。下面的例子展示了這樣一個(gè)方法，它是類 java.lang.Math 的一部分：

public static int subtractExact(int x, int y) {
    int r = x - y;
    if (((x ^ y) & (x ^ r)) < 0) {
        throw new ArithmeticException("integer overflow");
    }
    return r;
}

沒有共享狀態(tài)

如果您無法避免狀態(tài)，請(qǐng)不要共享狀態(tài)。狀態(tài)應(yīng)該只由單個(gè)線程擁有。這種技術(shù)的一個(gè)例子是 SWT 或 Swing 圖形用戶界面框架的事件處理線程。

您可以通過擴(kuò)展線程類并添加實(shí)例變量來實(shí)現(xiàn)線程局部實(shí)例變量。在以下示例中，字段 pool 和 workQueue 對(duì)于單個(gè)工作線程是本地的。

package java.util.concurrent;
public class ForkJoinWorkerThread extends Thread {
    final ForkJoinPool pool;                
    final ForkJoinPool.WorkQueue workQueue; 
}

實(shí)現(xiàn)線程局部變量的另一種方法是將類 java.lang.ThreadLocal 用于要使線程局部的字段。下面是一個(gè)使用 java.lang.ThreadLocal 的實(shí)例變量示例：

public class CallbackState {
public static final ThreadLocal<CallbackStatePerThread> callbackStatePerThread = 
    new ThreadLocal<CallbackStatePerThread>()
   {
      @Override
        protected CallbackStatePerThread  initialValue()
      { 
       return getOrCreateCallbackStatePerThread();
      }
   };
}

您將實(shí)例變量的類型包裝在 java.lang.ThreadLocal 中。您可以通過方法 initialValue() 為您的 java.lang.ThreadLocal 提供初始值。

下面展示了如何使用實(shí)例變量：

CallbackStatePerThread callbackStatePerThread = CallbackState.callbackStatePerThread.get();

通過調(diào)用 get() 方法，您會(huì)收到與當(dāng)前線程關(guān)聯(lián)的對(duì)象。

由于在應(yīng)用程序服務(wù)器中，使用許多線程池來處理請(qǐng)求，因此 java.lang.ThreadLocal 會(huì)導(dǎo)致此環(huán)境中的內(nèi)存消耗很高。因此，不建議將 java.lang.ThreadLocal 用于由應(yīng)用程序服務(wù)器的請(qǐng)求處理線程執(zhí)行的類。

消息傳遞

如果您不使用上述技術(shù)共享狀態(tài)，則需要一種線程進(jìn)行通信的方式。做到這一點(diǎn)的一種技術(shù)是在線程之間傳遞消息。您可以使用 java.util.concurrent 包中的并發(fā)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)消息傳遞。或者，更好的是，使用Akka 之類的框架，這是一個(gè)演員風(fēng)格并發(fā)的框架。以下示例顯示了如何使用 Akka 發(fā)送消息：

target.tell(message, getSelf());

并收到一條消息：

@Override
public Receive createReceive() {
     return receiveBuilder()
        .match(String.class, s -> System.out.println(s.toLowerCase()))
        .build();
}

不可變狀態(tài)

為了避免發(fā)送線程在另一個(gè)線程讀取消息時(shí)更改消息的問題，消息應(yīng)該是不可變的。因此，Akka 框架的約定是所有消息都必須是不可變的

當(dāng)你實(shí)現(xiàn)一個(gè)不可變類時(shí)，你應(yīng)該將它的字段聲明為 final。這不僅可以確保編譯器可以檢查這些字段實(shí)際上是不可變的，而且即使它們被錯(cuò)誤地發(fā)布，也可以使它們正確初始化。這是最終實(shí)例變量的示例：

public class ExampleFinalField
{
    private final int finalField;
    public ExampleFinalField(int value)
    {
        this.finalField = value;
    }
}

使用來自 java.util.concurrent 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

消息傳遞使用并發(fā)隊(duì)列進(jìn)行線程之間的通信。并發(fā)隊(duì)列是 java.util.concurrent 包中提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一。這個(gè)包提供了并發(fā)映射、隊(duì)列、出隊(duì)、集合和列表的類。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)過高度優(yōu)化和線程安全測(cè)試。

同步塊

如果您不能使用上述技術(shù)之一，請(qǐng)使用同步鎖。通過將鎖放在同步塊中，您可以確保一次只有一個(gè)線程可以執(zhí)行此部分。

synchronized(lock)
{
    i++;
}

請(qǐng)注意，當(dāng)您使用多個(gè)嵌套同步塊時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)死鎖。當(dāng)兩個(gè)線程試圖獲取另一個(gè)線程持有的鎖時(shí)，就會(huì)發(fā)生死鎖。

易失性領(lǐng)域

正常的非易失性字段可以緩存在寄存器或緩存中。通過將變量聲明為 volatile，您可以告訴JVM和編譯器始終返回最新寫入的值。這不僅適用于變量本身，還適用于線程寫入 volatile 字段的所有值。下面顯示了一個(gè) volatile 實(shí)例變量的示例：

public class ExampleVolatileField
{
    private volatile int  volatileField;
}

如果寫入不依賴于當(dāng)前值，您可以使用 volatile 字段?；蛘?，如果您可以確保一次只有一個(gè)線程可以更新該字段。

總結(jié)

到此這篇關(guān)于創(chuàng)建Java線程安全類的七種方法的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java線程安全類創(chuàng)建內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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