Java并发编程 - 线程封闭
保证并发安全性的方式有三：
不共享、不可变、同步
前两种方式相对第三种要简单一些。
这一篇不说语言特性和API提供的相关同步机制，主要记录一下关于共享的一些思考。
共享(shared)，可以简单地认为多个线程可以同时访问某个对象。
如果仅仅在单线程内进行访问则不存在同步的问题。
保证数据的单线程访问称为线程封闭(thread confinement)。
线程封闭有三种方式：
·Ad-hoc线程封闭
·栈封闭
·ThreadLocal
Ad-hoc线程封闭：
通过程序实现来进行线程封闭，也就是说我们无法利用语言特性将对象封闭到特定的线程上，这一点导致这种方式显得不那么可靠。
举个例子，假设我们保证只有一个线程可以对某个共享的对象进行写入操作，那么这个对象的"读取-修改-写入"(比如自增操作)在任何情况下都不会出现竟态条件。
如果我们为这个对象加上volatile修饰则可以保证该对象的可见性，任何线程都可以读取该对象，但只有一个线程可以对其进行写入。
这样，仅仅通过线程封闭+volatile修饰就适当地保证了其安全性，相比直接使用synchoronized修饰，虽然更适合，但实现起来稍微复杂。
而对于线程封闭方式的选择，这种方式是最不被推荐的。
栈封闭：
这个方式理解起来比较简单，封闭在执行线程是局部变量本身固有的特性，封闭在执行线程的栈里，其他线程无法访问是理所当然的。
对于基本类型的局部变量，我们不用考虑任何事情，因为Java语言特性本身就保证了任何方法都无法获得基本类型的引用。
而对于引用类型的局部变量，我们需要稍微注意一些问题来保证其栈封闭。
参考下面的装载方舟的代码，现在我们要保护animals，则需要保证该方法的参数、调用的外来方法、返回值都不会引用到animals：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
|
public
int
loadTheArk(Collection<Animal> candidates) {
SortedSet<Animal> animals;
int
numPairs =
0
;
Animal candidate =
null
;
animals =
new
TreeSet<Animal>(
new
SpeciesGenderComparator());
animals.addAll(candidates);
for
(Animal a : animals) {
if
(candidate ==
null
|| !candidate.isPotentialMate(a))
candidate = a;
else
{
ark.load(
new
AnimalPair(candidate, a));
++numPairs;
candidate =
null
;
}
}
return
numPairs;
}
|
先说说loadTheArk的参数candidates，我们将它的元素进行筛选后装载到了方舟中，方法结束后无法通过该参数影响方舟中的动物夫妇。
其次是外来方法，我们使用了"种类性别比较器"对animals进行排序，但它是一个concrete，不会有不确定的行为对animals的状态产生影响。
最后是返回值，显然我们是想报告装载了多少对动物夫妇，返回类型是个基本类型，无法引用animals。
好了，这就是个成功的栈封闭。
ThreadLocal：
给人一种亲切感，这几乎是很常见的方式，而且也是最规范的方式。
我们通常用ThreadLocal保证可变的单例变量和全局变量不被多线程共享。
先让我们想想单线程场景中使用Connection对象连接数据库，鉴于Connection对象的初始化开销，整个应用中会维护一个全局的Connection对象。
如果我们想将这个应用改为多线程的，鉴于Connection对象本身不是线程安全的，我们需要对其进行线程封闭，此时我们可以使用ThreadLocal：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
|
public
class
ConnectionDispenser {
static
String DB_URL =
"jdbc:mysql://localhost/mydatabase"
;
private
ThreadLocal<Connection> connectionHolder
=
new
ThreadLocal<Connection>() {
public
Connection initialValue() {
try
{
return
DriverManager.getConnection(DB_URL);
}
catch
(SQLException e) {
throw
new
RuntimeException(
"Unable to acquire Connection, e"
);
}
};
};
public
Connection getConnection() {
return
connectionHolder.get();
}
}
|
不仅是Connection这种场景，如果我们的很多操作频繁地用到某个对象，而我们又需要考虑它的线程封闭又需要考虑它的初始化开销，ThreadLocal几乎是最好的选择。
虽然这看起来有点像一个全局的Map<Thread,T>，事实上也可以这样理解，但其实现并不是这样你懂的。
当然，这种方式很方便，但这并不代表ThreadLocal可以滥用， 比如仅仅是考虑到应用的并发安全性就把全局变量一律变成ThreadLocal。
而这种做法会导致全局变量难以抽象，并降低其可重用性，而且也增加了耦合。