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我正在看书Java Concurrency in Practice4.3.5

  @ThreadSafe
  public class SafePoint{

       @GuardedBy("this") private int x,y;

       private SafePoint (int [] a) { this (a[0], a[1]); }

       public SafePoint(SafePoint p) { this (p.get()); }

       public SafePoint(int x, int y){
            this.x = x;
            this.y = y;
       }

       public synchronized int[] get(){
            return new int[] {x,y};
       }

       public synchronized void set(int x, int y){
            this.x = x;
            this.y = y;
       }

  }

我不清楚它在哪里说

私有构造函数的存在是为了避免复制构造函数实现为 this (px, py); 时会发生的竞争条件;这是私有构造函数捕获习语的一个示例(Bloch 和 Gafter,2005)。

我知道它提供了一个 getter 来一次在数组中检索 x 和 y 而不是每个单独的 getter,所以调用者会看到一致的值,但为什么是私有构造函数?这里有什么诀窍

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9 回答 9

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这里已经有很多答案了,但我真的很想深入了解一些细节(据我所知,让我来吧)。我强烈建议您运行答案中存在的每个示例,以亲自了解事情的发生方式和原因。

要了解解决方案,您需要先了解问题。

假设 SafePoint 类实际上如下所示:

class SafePoint {
    private int x;
    private int y;

    public SafePoint(int x, int y){
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    public SafePoint(SafePoint safePoint){
        this(safePoint.x, safePoint.y);
    }

    public synchronized int[] getXY(){
        return new int[]{x,y};
    }

    public synchronized void setXY(int x, int y){
        this.x = x;
        //Simulate some resource intensive work that starts EXACTLY at this point, causing a small delay
        try {
            Thread.sleep(10 * 100);
        } catch (InterruptedException e) {
         e.printStackTrace();
        }
        this.y = y;
    }

    public String toString(){
      return Objects.toStringHelper(this.getClass()).add("X", x).add("Y", y).toString();
    }
}

什么变量创建了这个对象的状态?只有两个:x,y。它们是否受到某种同步机制的保护?好吧,它们是通过内在锁,通过 synchronized 关键字 - 至少在 setter 和 getter 中。他们在其他任何地方都被“感动”了吗?当然在这里:

public SafePoint(SafePoint safePoint){
    this(safePoint.x, safePoint.y);
} 

你在这里做的是从你的对象中读取。对于一个线程安全的类,你必须协调对它的读/写访问,或者在同一个锁上同步。但是这里没有发生这样的事情。setXY方法确实是同步的,但克隆构造函数不是,因此调用这两个方法可以以非线程安全的方式完成。我们可以刹车这个班级吗?

让我们试试这个:

public class SafePointMain {
public static void main(String[] args) throws Exception {
    final SafePoint originalSafePoint = new SafePoint(1,1);

    //One Thread is trying to change this SafePoint
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            originalSafePoint.setXY(2, 2);
            System.out.println("Original : " + originalSafePoint.toString());
        }
    }).start();

    //The other Thread is trying to create a copy. The copy, depending on the JVM, MUST be either (1,1) or (2,2)
    //depending on which Thread starts first, but it can not be (1,2) or (2,1) for example.
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            SafePoint copySafePoint = new SafePoint(originalSafePoint);
            System.out.println("Copy : " + copySafePoint.toString());
        }
    }).start();
}
}

输出很容易就是这个:

 Copy : SafePoint{X=2, Y=1}
 Original : SafePoint{X=2, Y=2} 

这是逻辑,因为一个线程更新=写入我们的对象,而另一个线程正在读取它。它们不会在某些通用锁上同步,因此不会同步输出。

解决方案?

  • synchronized 构造函数,这样读取将在同一个锁上同步,但是 Java 中的构造函数不能使用 synchronized 关键字——这当然是逻辑。

  • 可能会使用不同的锁,例如可重入锁(如果无法使用同步关键字)。但它也不起作用,因为构造函数中的第一条语句必须是对 this/super 的调用。如果我们实现不同的锁,那么第一行必须是这样的:

    lock.lock() //lock 是 ReentrantLock,由于上述原因,编译器不允许这样做。

  • 如果我们让构造函数成为一个方法呢?当然这会奏效!

例如,请参阅此代码

/*
 * this is a refactored method, instead of a constructor
 */
public SafePoint cloneSafePoint(SafePoint originalSafePoint){
     int [] xy = originalSafePoint.getXY();
     return new SafePoint(xy[0], xy[1]);    
}

调用看起来像这样:

 public void run() {
      SafePoint copySafePoint = originalSafePoint.cloneSafePoint(originalSafePoint);
      //SafePoint copySafePoint = new SafePoint(originalSafePoint);
      System.out.println("Copy : " + copySafePoint.toString());
 }

这次代码按预期运行,因为读取和写入在同一个锁上同步,但是我们删除了构造函数。如果不允许这样做怎么办?

我们需要找到一种在同一个锁上同步读取和写入 SafePoint 的方法。

理想情况下,我们会想要这样的东西:

 public SafePoint(SafePoint safePoint){
     int [] xy = safePoint.getXY();
     this(xy[0], xy[1]);
 }

但是编译器不允许这样做。

我们可以通过调用 * getXY方法来安全地读取,所以我们需要一种方法来使用它,但是我们没有一个构造函数来接受这样的参数——创建一个。

private SafePoint(int [] xy){
    this(xy[0], xy[1]);
}

然后,实际的调用:

public  SafePoint (SafePoint safePoint){
    this(safePoint.getXY());
}

请注意,构造函数是私有的,这是因为我们不想再暴露另一个公共构造函数并重新考虑类的不变量,因此我们将其设为私有 - 只有我们可以调用它。

于 2012-08-20T12:19:28.927 回答
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私有构造函数可以替代:

public SafePoint(SafePoint p) {
    int[] a = p.get();
    this.x = a[0];
    this.y = a[1];
}

但允许构造函数链接以避免重复初始化。

如果SafePoint(int[])是公共的,则SafePoint该类不能保证线程安全,因为该数组的内容可以被另一个持有对同一数组的引用的线程在该类的值x和该类y读取的值之间进行修改SafePoint

于 2012-08-19T19:31:43.500 回答
7

我知道它提供了一个 getter 来一次在数组中检索 x 和 y 而不是每个单独的 getter,所以调用者会看到一致的值,但为什么是私有构造函数?这里有什么诀窍?

我们在这里想要的是链接构造函数调用以避免代码重复。理想情况下,我们想要的是这样的:

public SafePoint(SafePoint p) {
    int[] values = p.get();
    this(values[0], values[1]);
}

但这不起作用,因为我们会得到一个编译器错误:

call to this must be first statement in constructor

我们也不能使用它:

public SafePoint(SafePoint p) {
    this(p.get()[0], p.get()[1]); // alternatively this(p.x, p.y);
}

因为那时我们有一个条件,即在调用p.get().

所以我们想从 SafePoint 捕获值并链接到另一个构造函数。这就是为什么我们将使用私有构造函数捕获习惯用法并捕获私有构造函数中的值并链接到“真实”构造函数:

private SafePoint(int[] a) {
    this(a[0], a[1]);
}

另请注意

private SafePoint (int [] a) { this (a[0], a[1]); }

在课堂之外没有任何意义。一个二维点有两个值,而不是数组所暗示的任意值。它没有检查数组的长度,也没有检查它不是null。它仅在类中使用,调用者知道使用数组中的两个值进行调用是安全的。

于 2012-08-19T18:51:37.033 回答
7

Java 中的构造函数不能同步。

我们无法实现public SafePoint(SafePoint p){ this (p.x, p.y); } 因为

由于我们没有同步(并且不能像我们在构造函数中那样),在构造函数执行期间,可能有人SafePoint.set()从不同的线程调用

public synchronized void set(int x, int y){
        this.x = x; //this value was changed
-->     this.y = y; //this value is not changed yet
   }

所以我们会读取不一致状态的对象。

因此,我们以线程安全的方式创建快照,并将其传递给私有构造函数。堆栈限制保护对数组的引用,因此无需担心。

更新 哈!至于诀窍,一切都很简单-您@ThreadSafe在示例中错过了书中的注释:

@ThreadSafe

公共类安全点 { }

因此,如果将 int 数组作为参数的构造函数是publicprotected,则该类将不再是线程安全的,因为数组的内容可能会以与 SafePoint 类相同的方式更改(即有人可能会在构造函数执行)!

于 2012-08-19T19:36:47.850 回答
2

使用 SafePoint 的目的是始终提供一致的 x 和 y 视图。

例如,假设 SafePoint 为 (1,1)。一个线程正在尝试读取此 SafePoint,而另一个线程正在尝试将其修改为 (2,2)。如果安全点不是线程安全的,则可能会看到 SafePoint 为 (1,2)(或 (2,1))的视图,这是不一致的。

提供线程安全一致视图的第一步不是提供对 x 和 y 的独立访问;但要提供一种同时访问它们的方法。类似的合同适用于修改器方法。

此时,如果在 SafePoint 内部没有实现复制构造函数,那么它就完全实现了。但是,如果我们确实实施了一个,我们需要小心。构造函数不能同步。像下面这样的实现会暴露一个不一致的状态,因为 px & py 是独立访问的。

   public SafePoint(SafePoint p){
        this.x = p.x;
        this.y = p.y;
   }

但以下不会破坏线程安全。

   public SafePoint(SafePoint p){
        int[] arr = p.get();
        this.x = arr[0];
        this.y = arr[1];
   }

为了重用代码,实现了一个接受 int 数组的私有构造函数,该构造函数委托给 this(x, y)。int 数组构造函数可以公开,但实际上它类似于 this(x, y)。

于 2012-08-19T19:56:34.287 回答
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构造函数不应该在这个类之外使用。客户端不应该能够构建一个数组并将其传递给这个构造函数。

所有其他公共构造函数都暗示将调用 SafePoint 的 get 方法。

私有构造函数将允许您以一种可能是 Thread 不安全的方式构建自己的构造函数(即通过分别检索 x、y、构建一个数组并传递它)

于 2012-08-19T18:51:56.693 回答
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私有 SafePoint(int[] a) 提供两个功能:

首先,防止别人使用下面的构造函数,因为其他线程可以获取到数组的ref,并且在构造的时候可能会改变数组

int[] arr = new int[] {1, 2};
// arr maybe obtained by other threads, wrong constructor
SafePoint safepoint = new SafePoint(arr); 

其次,防止后面的程序员错误地实现复制构造函数,如下所示。所以作者说:

私有构造函数的存在是为了避免如果复制构造函数被实现为 this(px, py) 会发生的竞争条件

//p may be obtined by other threads, wrong constructor
public SafePoint(SafePoint p) { this(p.x, p.y);}

看作者的实现:不用担心p被其他线程修改了,因为 p.get() 返回一个新的副本,p.get() 也被 p 的 this 守护,所以 p 不会改变,即使得到由其他线程!

public SafePoint(SafePoint p) {
    this(p.get());
}
public synchronized int[] get() {
    return new int[] {x, y};
}
于 2015-01-17T03:53:46.573 回答
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这意味着,如果您没有私有构造函数并且您通过以下方式实现复制构造函数:

public SafePoint(SafePoint p) {
    this(p.x, p.y);
}

现在假设线程 A 可以访问 SafePoint p正在复制构造函数的 this(px, py) 指令之上执行,并且在不幸的时间另一个线程 B 也可以访问 SafePoint p在 SafePoint上执行 setter set(int x, int y)。由于您的复制构造函数在没有适当锁定的情况下直接访问pxy实例变量,因此可能会看到 SafePoint p的状态不一致。

由于私有构造函数通过同步的 getter 访问p的变量xy,因此您可以保证看到 SafePoint p的一致状态。

于 2017-10-03T15:59:02.283 回答
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我们的要求是:我们希望有一个像下面这样的复制构造函数(同时确保类仍然是线程安全的):

public SafePoint(SafePoint p){
    // clones 'p' passed a parameter and return a new SafePoint object.
}

让我们尝试制作复制构造函数。

方法一:

public SafePoint(SafePoint p){
    this(p.x, p.y);
}

上述方法的问题是它会渲染我们的类 NOT THREAD SAFE

如何 ?

因为构造函数不是同步的,这意味着两个线程可能同时作用于同一个对象(一个线程可能使用它的复制构造函数克隆这个对象,而另一个线程可能调用对象的 setter 方法)。如果发生这种情况,调用 setter 方法的线程可能已经更新了x字段(但尚未更新y字段),从而使对象处于不一致的状态。现在,如果另一个线程(正在克隆对象)执行(并且它可以执行,因为构造函数未通过内部锁同步),则复制构造函数this(p.x, p.y)p.x是新值,而p.y仍然是旧值。

所以,我们的方法不是线程安全的,因为构造函数没有同步。

方法2:(试图使方法1线程安全)

public SafePoint(SafePoint p){
    int[] temp = p.get();
    this(temp[0], temp[1]);
}

这是线程安全的,因为p.get()通过内部锁同步。因此,在p.get()执行时,其他线程无法执行 setter,因为 getter 和 setter 都受到相同的内在锁的保护。

但不幸的是,编译器不允许我们这样做,因为this(p.x, p.y)应该是第一条语句。

这将我们带到了最后的方法。

方法3:(解决方法2的编译问题)

public SafePoint(SafePoint p){
    this(p.get());
}

private SafePoint(int[] a){
    this(a[0], a[1]);
}

使用这种方法,我们可以保证我们的类是线程安全的,并且我们有我们的复制构造函数。

最后一个问题是为什么第二个构造函数是私有的?这仅仅是因为我们创建这个构造函数只是为了我们的内部目的,我们不希望客户端通过调用这个方法来创建 SafePoint 对象。

于 2018-07-28T19:52:31.177 回答