Java并发 -- Immutability模式

Immutability模式

Immutability模式：对象一旦被创建之后，状态就不再发生变化

不可变类

将一个类所有的属性都设置成final，并且只允许存在只读方法
将类也设置成final的，因为子类可以重写父类的方法，有可能改变不可变性

包装类

String、Integer、Long和Double等基础类型的包装类都具备不可变性
这些对象的线程安全都是靠不可变性来保证的
严格遵守：_类和属性都是final的，所有方法均是只读的_
如果具备不可变性的类，需要提供修改的功能，那会创建一个新的不可变对象
- 这会浪费内存空间，可以通过享元模式来优化

private final char value[];

public String replace(char oldChar, char newChar) {
    if (oldChar != newChar) {
        int len = value.length;
        int i = -1;
        char[] val = value; /* avoid getfield opcode */

        while (++i < len) {
            if (val[i] == oldChar) {
                break;
            }
        }
        if (i < len) {
            char buf[] = new char[len];
            for (int j = 0; j < i; j++) {
                buf[j] = val[j];
            }
            while (i < len) {
                char c = val[i];
                buf[i] = (c == oldChar) ? newChar : c;
                i++;
            }
            // 创建一个新的String对象，原String对象不会发生变化
            return new String(buf, true);
        }
    }
    return this;
}

享元模式

享元模式本质上是一个_对象池_
Long内部维护了一个静态的对象池，仅缓存[-128,127]（利用率最高）之间的数字

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

// 缓存，等价于对象池
private static class LongCache {
    private LongCache(){}

    static final Long cache[] = new Long[-(-128) + 127 + 1];

    static {
        for(int i = 0; i < cache.length; i++)
            cache[i] = new Long(i - 128);
    }
}

锁

基本上所有基础类型的包装类都不适合做锁，因为它们内部用到了享元模式

// al和bl是同一个对象
class A {
    private Long al = Long.valueOf(1);

    public void set() {
        synchronized (al) {
        }
    }
}

class B {
    private Long bl = Long.valueOf(1);

    public void set() {
        synchronized (bl) {
        }
    }
}

注意事项

不可变性的边界

对象的所有属性都是final，也并不能保证不可变性
需要明确不可变性的边界，是否要求属性对象也具有不可变性

@Data
class Foo {
    private int age = 0;
    private String name = "abc";
}

final class Bar {
    private final Foo foo = new Foo();

    public void setAge(int age) {
        // 属性foo虽然是final，但依然可以通过setAge修改foo的属性age
        foo.setAge(age);
    }
}

正确发布

不可变对象是线程安全的，但并不意味着引用这些不可变对象的对象也是线程安全的

// C 线程安全
@Data
final class C {
    final int age = 0;
    final String name = "abc";
}

// D 线程不安全
class D {
    private C c;

    // 在多线程环境下，并不能保证可见性和原子性
    // 如果仅需保证可见性，无需保证原子性，可以用volatile修饰c
    // 如果需要保证原子性，可以通过原子类来实现
    public void setC(C c) {
        this.c = c;
    }
}