多线程（68）线程安全性和不可变性的关系

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2024-04-24 23:17 53阅读 0赞

线程安全性和不可变性之间有一个非常紧密的关系。在多线程编程中，线程安全指的是当多个线程访问某个类的实例时，这个类始终能表现出正确的行为，而不需要额外的同步或协调。简而言之，一个线程安全的类会在并发环境下安全地管理对共享资源的访问。不可变性（Immutability），则是指对象一旦被创建，它的状态（即对象的数据）就不能更改。下面我们通过不可变类的特性、创建不可变类的方法、以及不可变性如何帮助实现线程安全性来深入探讨这两者的关系。

#### 不可变性与线程安全性 ####

不可变对象自然是线程安全的，因为它们的状态不能更改，所以当多个线程同时访问一个不可变对象时，不会存在数据竞争或不一致的情况。这意味着不可变对象可以自由地被多个线程共享而不需要同步。

#### 如何创建不可变类 ####

要创建一个不可变类，你需要遵循以下几个规则：

1.  **不提供任何会修改对象状态的方法**（即只有getter，没有setter）。
2.  **保证类不能被扩展**。这通常意味着将类声明为final，所以它不能被继承。
3.  **所有的字段都是final和私有的**。这样可以确保字段在构造期间被设置，并且之后不会改变。
4.  **如果类具有对可变对象的引用**，那么在创建和返回对这些对象的引用时，必须进行保护性复制。

##### 示例代码 #####

public final class ImmutableRGB {
        
        // 所有的字段都是私有的final类型
        private final int red;
        private final int green;
        private final int blue;
        private final String name;
    
        // 构造函数初始化所有字段，一旦构造，状态不可变
        public ImmutableRGB(int red, int green, int blue, String name) {
        
            this.red = red;
            this.green = green;
            this.blue = blue;
            this.name = name;
        }
    
        // 提供只读访问
        public int getRGB() {
        
            return ((red << 16) | (green << 8) | blue);
        }
    
        public String getName() {
        
            return name;
        }
    
        // 如果要返回一个可变的对象，则需要进行保护性复制
        public ImmutableRGB invert() {
        
            return new ImmutableRGB(255 - red, 255 - green, 255 - blue, "Inverse of " + name);
        }
    }

在上面的`ImmutableRGB`类中，所有的字段都是`final`和`private`的，类本身也是`final`的，这意味着它不能被继承。这个类不提供任何修改对象状态的方法，它只提供了读取颜色和名字的方法，以及一个`invert`方法，该方法返回一个新的`ImmutableRGB`对象，而不是修改现有对象的状态。

#### 不可变性如何实现线程安全 ####

由于不可变对象的状态不会改变，多个线程可以同时访问不可变对象而不会出现数据一致性的问题。这样一来，就不需要通过同步来保护这些对象，从而避免了同步带来的性能开销和复杂性。不可变性通过简化并发代码的编写，从而降低了并发编程的复杂性。

#### 总结 ####

不可变性是实现线程安全的一种强大方式。通过创建不可变类，我们可以在多线程环境中安全地共享对象，而不需要担心数据竞争和同步问题。这不仅简化了并发代码的编写，而且还可以提高应用程序的可读性和可维护性。不可变性和线程安全性之间的关系表明，通过限制状态的改变，我们可以更容易地编写正确和高效的并发代码。