java并发编程十二 共享模型之不可变

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：

19:10:40.859 [Thread-2] c.TestDateParse - {} 
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 cn.itcast.n7.TestDateParse.lambda$test1$0(TestDateParse.java:18) 
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) 
19:10:40.859 [Thread-1] c.TestDateParse - {} 
java.lang.NumberFormatException: empty String 
at sun.misc.FloatingDecimal.readJavaFormatString(FloatingDecimal.java:1842) 
at sun.misc.FloatingDecimal.parseDouble(FloatingDecimal.java:110) 
at java.lang.Double.parseDouble(Double.java:538) 
at java.text.DigitList.getDouble(DigitList.java:169) 
at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2089) 
at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:2162) 
at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514) 
at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364) 
at cn.itcast.n7.TestDateParse.lambda$test1$0(TestDateParse.java:18) 
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) 
19:10:40.857 [Thread-8] c.TestDateParse - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951 
19:10:40.857 [Thread-9] c.TestDateParse - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951 
19:10:40.857 [Thread-6] c.TestDateParse - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951 
19:10:40.857 [Thread-4] c.TestDateParse - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951 
19:10:40.857 [Thread-5] c.TestDateParse - Mon Apr 21 00:00:00 CST 178960645 
19:10:40.857 [Thread-0] c.TestDateParse - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951 
19:10:40.857 [Thread-7] c.TestDateParse - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951 
19:10:40.857 [Thread-3] c.TestDateParse - Sat Apr 21 00:00:00 CST 1951 

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();
 }

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);
 }

结果发现也没有，构造新字符串对象时，会生成新的 char[] value，对内容进行复制 。这种通过创建副本对象来避免共享的手段称之为【保护性拷贝（defensive copy）】