Java函数参数和返回值类型在多线程环境中的设计

Java 在多线程环境中设计函数参数和返回值类型

线程安全在多线程环境中非常重要。Java 必须仔细设计函数的参数和返回值类型，以确保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。不可变类型不能修改，因此即使同时访问多个线程，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，试着修改每个任务 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 检查名称是否已更改
        System.out.println("ImmutableObject name: " + object.getName()); // 输出结果：ImmutableObject name: 未修改
    }
}

本地存储线程

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。线程本地存储变量仅用于创建线程，以避免线程之间的数据竞争。

示例代码：

public class ThreadLocalExample {

    private static ThreadLocal<Integer> 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，增加每个任务 ThreadLocal 值
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            executor.submit(() -> {
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    increment();
                }
            });
        }

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

        // 打印 ThreadLocal 检查是否正确增加值
        System.out.println("ThreadLocal value: " + threadLocal.get()); // 输出结果：4000
    }
}

同步方法和代码块

当共享数据必须在并发环境中修改时，可以使用同步方法或代码块。它们通过获得对监视器的独家访问来确保线程安全。

示例代码：

public class SynchronizedExample {

    private static int counter = 0;

    public static synchronized void increment() {
        // 获得对 SynchronizedExample 类监视器锁
        counter++;
    }

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

        // 同时执行 4 个任务，增加每个任务 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 检查是否正确增加
        System.out.println("Counter value: " + counter); // 输出结果：4000
    }
}

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