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共享模型之不可变

2022-06-13 09:00:00 【Q z1997】

日期转换的问题

问题提出
下面的代码在运行时，由于 SimpleDateFormat 不是线程安全的

SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
 	new Thread(() -> {
    
 		try {
    
 			log.debug("{}", sdf.parse("1951-04-21"));
 		} catch (Exception e) {
    
 			log.error("{}", e);
 		}
 	}).start();
}

有很大几率出现 java.lang.NumberFormatException 或者出现不正确的日期解析结果，例如：

java.lang.NumberFormatException: For input string: "" 
 at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65) 
 at java.lang.Long.parseLong(Long.java:601) 
 at java.lang.Long.parseLong(Long.java:631) 
 at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:195) 
 at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084) 
 at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:2162) 
 at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514) 
 at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364) 
 at TestDateParse.lambda$test1$0(TestDateParse.java:18) 
 at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

思路 - 同步锁
这样虽能解决问题，但带来的是性能上的损失，并不算很好：

SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
for (int i = 0; i < 50; i++) {
    
 new Thread(() -> {
    
 synchronized (sdf) {
    
 try {
    
 log.debug("{}", sdf.parse("1951-04-21"));
 } catch (Exception e) {
    
 log.error("{}", e);
 }
 }
 }).start();
}

思路 - 不可变
如果一个对象在不能够修改其内部状态（属性），那么它就是线程安全的，因为不存在并发修改啊！这样的对象在
Java 中有很多，例如在 Java 8 后，提供了一个新的日期格式化类：

DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd");
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
 new Thread(() -> {
    
 LocalDate date = dtf.parse("2018-10-01", LocalDate::from);
 log.debug("{}", date);
 }).start();
}

可以看 DateTimeFormatter 的文档：

@implSpec
This class is immutable and thread-saf

不可变对象，实际是另一种避免竞争的方式。

不可变设计

另一个大家更为熟悉的 String 类也是不可变的，以它为例，说明一下不可变设计的要素

public final class String
 implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    
 /** The value is used for character storage. */
 private final char value[];
 /** Cache the hash code for the string */
 private int hash; // Default to 0
 
 // ...
 
}

final 的使用

发现该类、类中所有属性都是 final 的

属性用 final 修饰保证了该属性是只读的，不能修改
类用 final 修饰保证了该类中的方法不能被覆盖，防止子类无意间破坏不可变性

保护性拷贝
但有同学会说，使用字符串时，也有一些跟修改相关的方法啊，比如 substring 等，那么下面就看一看这些方法是
如何实现的，就以 substring 为例：

public String substring(int beginIndex) {
    
 if (beginIndex < 0) {
    
 throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
 }
 int subLen = value.length - beginIndex;
 if (subLen < 0) {
    
 throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
 }
 return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);
}

发现其内部是调用 String 的构造方法创建了一个新字符串，再进入这个构造看看，是否对 final char[] value 做出了修改：

public String(char value[], int offset, int count) {
    
 if (offset < 0) {
    
 throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset);
 }
 if (count <= 0) {
    
 if (count < 0) {
    
 throw new StringIndexOutOfBoundsException(count);
 }
 if (offset <= value.length) {
    
 this.value = "".value;
 return;
 }
 }
 if (offset > value.length - count) {
    
 throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset + count);
 }
 this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
}