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如何在Java中设计一个线程安全的类_封装与状态管理基础

P粉602998670

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发布时间:2026-02-12 17:55:36

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来源于php中文网

原创

优先选 synchronized 方法;仅当需可中断、超时或尝试获取锁时才用 reentrantlock,因其需手动 unlock 且易出错,而 synchronized 更安全高效。

如何在java中设计一个线程安全的类_封装与状态管理基础

synchronized 方法还是 ReentrantLock?看状态变更是否需要可中断或超时

线程安全的核心不是“加锁”,而是“状态变更的原子性”。如果类只有一两个简单字段,且所有读写都走同一把锁,synchronized 方法最直接、JVM 优化好、不易出错。但一旦需要尝试获取锁(比如避免死等)、响应中断、或在多个方法间共享锁逻辑,就得换 ReentrantLock

  • synchronized 无法判断是否成功抢到锁,也不能被中断;lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS) 可控得多
  • 嵌套调用时,synchronized 可重入,ReentrantLock 也支持,但必须配对 unlock(),漏写会卡死其他线程
  • 别在 synchronized 块里做 I/O 或长耗时操作——锁持有时间越长,竞争越激烈

volatile 能不能替代锁?只适用于「纯赋值 + 无依赖读写」场景

volatile 不是万能的线程安全开关。它只保证变量的可见性和禁止重排序,不保证复合操作的原子性。比如 counter++ 是读-改-写三步,volatile int counter 完全挡不住竞态。

  • 适合:开关标志位(volatile boolean shutdownRequested),初始化后只读的引用(volatile List<string> cache</string>
  • 不适合:计数器、集合增删、依赖前值的判断(如 if (count > 0) count--
  • 注意:volatilelongdouble 的 64 位写是原子的,但别靠这个设计逻辑——可读性差,且 JDK 9+ 对非 final 字段的语义更严格

构造函数里传入可变对象?立刻复制或包装成不可变

封装失效常发生在构造阶段。如果构造函数接收 ArrayListHashMap 或自定义可变对象,外部保留引用后随时能绕过你的锁修改内部状态。

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  • 接收集合参数时,用 new ArrayList(inputList)new CopyOnWriteArrayList(inputList),别用 Collections.unmodifiableList——那是运行时防护,不解决源头污染
  • 接收数组参数,必须 Arrays.copyOf,因为数组是协变的,Object[] a = new String[1] 合法,但后续可能被塞进类型不符元素
  • 如果类本身要暴露状态(比如 getState()),返回新副本或不可变视图(Collections.unmodifiableMap),而不是原始引用

状态校验和不变量维护,别只靠 getter/setter 加锁

加锁只是手段,真正难的是定义清楚“什么是合法状态”。比如一个订单类有 statuspaidAt,你得确保 status == PAIDpaidAt != null。这种约束光靠单个方法加锁拦不住,得在关键路径上显式检查。

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  • setState(Status s) 里加 if (s == PAID && paidAt == null) throw new IllegalStateException(...)
  • 避免在 synchronized 块里调用外部传入的回调函数——对方可能反过来调你的方法,引发死锁或状态不一致
  • 考虑用 recordImmutableList 封装内部状态快照,比手写防御性拷贝更可靠

真正麻烦的从来不是“怎么加锁”,而是“哪些字段算一个状态单元”“谁有权改它”“改完之后必须满足什么条件”。这些得在设计类的第一天就想清楚,代码只是把它写实而已。

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