一、不可变类设计二、final
原理 三、享元设计模式四、实现一个简单的连接池五、State
一、不可变类设计
不可变：如果一个对象不能够修改其内部状态（属性），那么就是不可变对象
不可变对象线程安全的，不存在并发修改和可见性问题，是另一种避免竞争的方式
String 类也是不可变的，该类和类中所有属性都是final的
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
无写入方法（set）确保外部不能对内部属性进行修改
属性用final修饰保证了该属性是只读的，不能修改
public final class String
implements java.io.Serializable, Comparable, CharSequence {
private final char value[];
//....
}
更改 String 类数据时，会构造新字符串对象，生成新的 char[] value，通过创建副本对象来避免共享的方式称之为保护性拷贝
二、final 原理public class TestFinal {
final int a = 20;
}
字节码：
0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."":()V 4: aload_0 5: bipush 20 // 将值直接放入栈中 7: putfield #2 // Field a:I <-- 写屏障 10: return
final 变量的赋值通过 putfield 指令来完成，在这条指令之后也会加入写屏障，保证在其它线程读到它的值时不会出现为 0 的情况
其他线程访问 final 修饰的变量会复制一份放入栈中，效率更高
三、享元设计模式
简介定义英文名称：Flyweight pattern, 重用数量有限的同一类对象。
结构型模式
享元模式的体现:
1、在JDK中Boolean，Byte，Short，Integer，Long，Character等包装类提供了valueOf方法，例如 Long 的valueOf会缓存-128~127之间的 Long 对象，在这个范围之间会重用对象，大于这个范围，才会新建 Long 对象
public static Long valueOf(long l) {
final int offset = 128;
if (l >= -128 && l <= 127) { // will cache
return LongCache.cache[(int)l + offset];
}
return new Long(l);
}
Byte, Short, Long 缓存的范围都是-128-127Character 缓存的范围是 0-127Boolean 缓存了 TRUE 和 FALSEInteger的默认范围是 -128~127，最小值不能变，但最大值可以通过调整虚拟机参数 "-Djava.lang.Integer.IntegerCache.high "来改变
2、String 串池
3、BigDecimal, BigInteger
例如：一个线上商城应用，QPS 达到数千，如果每次都重新创建和关闭数据库连接，性能会受到极大影响。 这时预先创建好一批连接，放入连接池。一次请求到达后，从连接池获取连接，使用完毕后再还回连接池，这样既节约了连接的创建和关闭时间，也实现了连接的重用，不至于让庞大的连接数压垮数据库。
public class Test2 {
public static void main(String[] args) {
Pool pool = new Pool(2);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(() -> {
Connection conn = pool.borrow();
try {
Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
pool.free(conn);
}).start();
}
}
}
@Slf4j(topic = "guizy.Pool")
class Pool {
// 1. 连接池大小
private final int poolSize;
// 2. 连接对象数组
private Connection[] connections;
// 3. 连接状态数组: 0 表示空闲, 1 表示繁忙
private AtomicIntegerArray states;
// 4. 构造方法初始化
public Pool(int poolSize) {
this.poolSize = poolSize;
this.connections = new Connection[poolSize];
this.states = new AtomicIntegerArray(new int[poolSize]);//使用AtomicIntegerArray保证states的线程安全
for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
connections[i] = new MockConnection("连接" + (i + 1));
}
}
// 5. 借连接
public Connection borrow() {
while (true) {
for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
// 获取空闲连接
if (states.get(i) == 0) {
if (states.compareAndSet(i, 0, 1)) {//使用compareAndSet保证线程安全
log.debug("borrow {}", connections[i]);
return connections[i];
}
}
}
// 如果没有空闲连接，当前线程进入等待, 如果不写这个synchronized,其他线程不会进行等待,
// 一直在上面while(true), 空转, 消耗cpu资源
synchronized (this) {
try {
log.debug("wait...");
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
// 6. 归还连接
public void free(Connection conn) {
for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
if (connections[i] == conn) {
states.set(i, 0);
synchronized (this) {
log.debug("free {}", conn);
this.notifyAll();
}
break;
}
}
}
}
class MockConnection implements Connection {
private String name;
public MockConnection(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
return "MockConnection{" +
"name='" + name + ''' +
'}';
}
// Connection 实现方法略
}
22:01:07.000 guizy.Pool [Thread-2] - wait...
22:01:07.000 guizy.Pool [Thread-0] - borrow MockConnection{name='连接1'}
22:01:07.005 guizy.Pool [Thread-4] - wait...
22:01:07.000 guizy.Pool [Thread-1] - borrow MockConnection{name='连接2'}
22:01:07.006 guizy.Pool [Thread-3] - wait...
22:01:07.099 guizy.Pool [Thread-0] - free MockConnection{name='连接1'}
22:01:07.099 guizy.Pool [Thread-2] - wait...
22:01:07.099 guizy.Pool [Thread-3] - borrow MockConnection{name='连接1'}
22:01:07.099 guizy.Pool [Thread-4] - wait...
22:01:07.581 guizy.Pool [Thread-3] - free MockConnection{name='连接1'}
22:01:07.582 guizy.Pool [Thread-2] - borrow MockConnection{name='连接1'}
22:01:07.582 guizy.Pool [Thread-4] - wait...
22:01:07.617 guizy.Pool [Thread-1] - free MockConnection{name='连接2'}
22:01:07.618 guizy.Pool [Thread-4] - borrow MockConnection{name='连接2'}
22:01:07.955 guizy.Pool [Thread-4] - free MockConnection{name='连接2'}
22:01:08.552 guizy.Pool [Thread-2] - free MockConnection{name='连接1'}
五、State
无状态：成员变量保存的数据也可以称为状态信息，无状态就是没有成员变量
Servlet 为了保证其线程安全，一般不为 Servlet 设置成员变量，这种没有任何成员变量的类是线程安全的
参考：
Java并发编程(八) : 不可变对象设计(String保护性拷贝)、final的使用、享元模式JUC-无锁
