Java函数参数和返回值类型在多线程环境中的设计

Java 函数参数和返回值类型在多线程环境中的设计

在多线程环境中，线程安全是至关重要的。Java 函数的参数和返回值类型必须仔细设计，以确保在并发执行时数据的正确性和一致性。

不可变参数和返回值类型

处理共享资源的函数应使用不可变的参数和返回值类型。不可变类型不能被修改，因此即使在多个线程同时访问它们，数据也不会损坏。

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示例代码：

public class ImmutableExample {

    public static ImmutableObject calculate() {
        // 创造一个新的不可变对象
        return new ImmutableObject();
    }

    public static void modify(ImmutableObject object) {
        // 尝试修改不可变对象，将抛出异常
        object.setName("Modified");
    }

    public static void main(String[] args) {
        ImmutableObject object = calculate();
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);

        // 同时执行 4 个任务，每个任务尝试修改 ImmutableObject
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            executor.submit(() -> {
                modify(object);
            });
        }

        // 等待所有任务完成
        executor.shutdown();
        executor.awaitTermination(10, TimeUnit.SECONDS);

        // 打印 ImmutableObject 的名称以检查是否被更改
        System.out.println("ImmutableObject name: " + object.getName()); // 输出结果：ImmutableObject name: 未修改
    }
}

线程本地存储

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对于需要存储线程特定数据的函数，可以使用线程本地存储。线程本地存储变量只对创建它的线程可见，从而避免了线程间数据的竞争。

示例代码：

public class ThreadLocalExample {

    private static ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal<>();

    public static void increment() {
        // 获取当前线程对应的 ThreadLocal 值，并递增
        threadLocal.set(threadLocal.get() + 1);
    }

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);

        // 同时执行 4 个任务，每个任务递增 ThreadLocal 值
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            executor.submit(() -> {
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    increment();
                }
            });
        }

        // 等待所有任务完成
        executor.shutdown();
        executor.awaitTermination(10, TimeUnit.SECONDS);

        // 打印 ThreadLocal 值以检查是否被正确递增
        System.out.println("ThreadLocal value: " + threadLocal.get()); // 输出结果：4000
    }
}

同步方法和代码块

当必须在并发环境中修改共享数据时，可以使用同步方法或代码块。它们通过获得对监视器的独占访问来保证线程安全。

示例代码：

public class SynchronizedExample {

    private static int counter = 0;

    public static synchronized void increment() {
        // 获得对 SynchronizedExample 类的监视器的锁
        counter++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);

        // 同时执行 4 个任务，每个任务递增 counter
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            executor.submit(() -> {
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    increment();
                }
            });
        }

        // 等待所有任务完成
        executor.shutdown();
        executor.awaitTermination(10, TimeUnit.SECONDS);

        // 打印 counter 以检查是否被正确递增
        System.out.println("Counter value: " + counter); // 输出结果：4000
    }
}