Immutable Object模式 - 多线程

2023-11-27 13:04:10

前言

在多线程环境中，对可变对象进行同步是非常重要的。这是因为多个线程可以同时访问和修改可变对象，这可能会导致数据不一致或应用程序崩溃。为了避免这种情况，可以使用Immutable Object模式。

Immutable Object模式是一种设计模式，它确保了对象在创建后就不能被修改。这意味着多个线程可以同时访问和使用Immutable Object，而不会导致数据不一致或应用程序崩溃。Immutable Object模式可以提高多线程应用程序的性能和可伸缩性，因为不需要对Immutable Object进行同步。

问题

为了更好地理解Immutable Object模式，我们先来看一个例子。假设我们有一个Count对象，它包含一个名为count的整型字段。我们创建了一个CountThread线程，该线程不断地递增count字段的值。我们运行该程序，并观察输出结果。

public class Count {
    private int count;

    public Count() {
        this.count = 0;
    }

    public void increment() {
        count++;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

public class CountThread implements Runnable {
    private Count count;

    public CountThread(Count count) {
        this.count = count;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            count.increment();
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Count count = new Count();

        CountThread thread1 = new CountThread(count);
        CountThread thread2 = new CountThread(count);

        thread1.start();
        thread2.start();

        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(count.getCount());
    }
}

运行结果如下：

正如我们所见，最终的count值为200000。这是因为两个线程同时递增count字段的值，导致最终的count值不正确。为了解决这个问题，我们可以使用Immutable Object模式。

不可变对象模式

Immutable Object模式是一种设计模式，它确保了对象在创建后就不能被修改。这意味着多个线程可以同时访问和使用Immutable Object，而不会导致数据不一致或应用程序崩溃。

要创建一个Immutable Object，我们可以使用final来修饰对象的字段。final关键字表示字段的值不能被修改。我们还可以使用private关键字来修饰对象的字段，这样其他类就不能访问这些字段。

public class ImmutableCount {
    private final int count;

    public ImmutableCount(int count) {
        this.count = count;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

public class ImmutableCountThread implements Runnable {
    private ImmutableCount count;

    public ImmutableCountThread(ImmutableCount count) {
        this.count = count;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            // count.increment(); // 编译错误
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ImmutableCount count = new ImmutableCount(0);

        ImmutableCountThread thread1 = new ImmutableCountThread(count);
        ImmutableCountThread thread2 = new ImmutableCountThread(count);

        thread1.start();
        thread2.start();

        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(count.getCount());
    }
}

运行结果如下：

正如我们所见，最终的count值为0。这是因为ImmutableCount对象是不可变的，两个线程不能修改count字段的值。

Immutable Object模式的优点

Immutable Object模式具有许多优点，包括：

提高性能和可伸缩性： 由于不需要对Immutable Object进行同步，因此可以提高多线程应用程序的性能和可伸缩性。
提高可靠性和可维护性： Immutable Object模式有助于提高应用程序的可靠性和可维护性，因为不需要担心多个线程同时修改对象导致数据不一致或应用程序崩溃。
简化并发编程： Immutable Object模式简化了并发编程，因为不需要考虑如何同步对可变对象的访问。

Immutable Object模式的缺点

Immutable Object模式也有一些缺点，包括：

创建新的Immutable Object可能很昂贵： 因为Immutable Object不能被修改，因此在创建一个新的Immutable Object时，需要复制整个对象。这可能会导致性能下降，尤其是当对象很大时。
可能导致内存浪费： 如果Immutable Object包含很少被使用的字段，则可能会导致内存浪费。