java - 共享对象的线程安全更新没有性能损失？

Question

我正在竭尽全力为我的类创建一个线程安全的实现，以便在代码中的 Servlet 或多个“客户端”之间共享。

假设我有以下 MySingleton 类，这是一个使用 Configuration 对象初始化的单例。但是，可以观察到 Configuration 对象，因此如果发生更改，单例将订阅以收到通知。重要要点:

• 配置可以随时更改(无法预测)

• 解析配置时，将其值保存到MySingleton的成员字段中

• 单例的公共(public)方法使用这些字段生成返回结果

请参阅下面的简化代码:

public class MySingleton 
    implements IConfigurationObserver {
    // Member(s)
    private static volatile MySingleton instance;
    private final Configuration configuration;
    private String firstParam;
    private String secondParam;

    // Constructor(s)
    private MySingleton(Configuration configuration) {
        this.configuration = configuration;
        parseConfiguration();
        configuration.addObserver(this);
    }

    public static MySingleton getInstance(Configuration configuration) {
        // Perform synchronized creation if applicable (double locking technique)
        MySingleton syncInstance = instance;
        if (syncInstance == null) {
            synchronized(MySingleton.class) {
                syncInstance = instance; // Verify once again after synchronizing
                if(syncInstance == null) {  
                    syncInstance = new MySingleton(configuration);
                    instance = syncInstance;
                }
            }
        }

        return syncInstance;
    }

    // Private Method(s)
    private void parseConfiguration() {
        // Import values from the configuration
        this.firstParam = configuration.get(0);
        this.secondParam = configuration.get(1);
    }

    // Public Method(s)
    public String buildSentence() {
        // Build a new string based on values pulled from the configuration
        StringBuilder strBuilder = new StringBuilder();
        strBuilder.append(firstParam);
        strBuilder.append(" - ");
        strBuilder.append(secondParam);

        return strBuilder.toString();
    }

    // Observer Method(s)
    @Override
    public void onConfigurationUpdated() {
        // The configuration has changed. Parse it again.
        parseConfiguration();
    }
}

该类本身运行良好(在单线程环境中)，但这里有一些我想在多线程场景中消除的威胁:

• 如果在很短的时间内对 Configuration 进行了两次更新，则第一次调用 parseConfiguration() 可能在第二次调用之前未完成通话开始。这个很容易解决，我可以让 parseConfiguration() 同步(对吧？)。但是……

• 当配置通知我们的单例时，假设我们正在调用 buildSentence()。我不希望 buildSentence() 对 firstParam 和 secondParam 使用旧值的混合(即，如果 parseConfiguration() 已完成一半)。因此，我可以在 parseConfiguration() 和 buildSentence() 的 Configuration 对象上放置一个同步块(synchronized block)，但是我有一个严重的问题性能损失:我不能同时调用多个 buildSentence()。事实上，对我来说理想的情况是:

  • 如果 buildSentence() 正在运行并且发生了 Configuration 更新，parseConfiguration() 必须等到 buildSentence ()运行前结束

  • 如果 parseConfiguration() 正在运行，对 buildSentence() 的调用必须等到 parseConfiguration() 结束才能开始

  • 但是，一旦 parseConfiguration() 完成，我想允许多个线程同时运行 buildSentence()。只有在更新即将发生或正在发生时才应进行锁定。

如何重构 MySingleton 以允许我在上面列出的理想“规则”？可能吗？

---

我一直在考虑涉及信号量的解决方案。即:当执行 buildSentence() 时，检查信号量是否可用。如果是，请继续(无阻塞)。如果没有，请等待。 parseConfiguration 会在信号量执行期间锁定它。但是，如果有人有直接的建议方法，我不想过度设计这个问题。让我知道!

Answer 1

我想我会选择这样的东西:

public class MySingleton 
    implements IConfigurationObserver {
    // Member(s)
    private static volatile MySingleton instance;
    private final Configuration configuration;
    private volatile ParsedConfiguration currentConfig;

    // Constructor(s)
    private MySingleton(Configuration configuration) {
        this.configuration = configuration;
        parseConfiguration();
        configuration.addObserver(this);
    }

    public static MySingleton getInstance(Configuration configuration) {
        // Perform synchronized creation if applicable (double locking technique)
        MySingleton syncInstance = instance;
        if (syncInstance == null) {
            synchronized(MySingleton.class) {
                syncInstance = instance; // Verify once again after synchronizing
                if(syncInstance == null) {  
                    syncInstance = new MySingleton(configuration);
                    instance = syncInstance;
                }
            }
        }

        return syncInstance;
    }

    // Private Method(s)
    private void parseConfiguration() {
        // Import values from the configuration
        currentConfig = configuration.getNewParsedConfiguration();
    }

    // Public Method(s)
    public String buildSentence() {
        // Build a new string based on values pulled from the current configuration
        ParsedConfiguration configInUse = currentConfig;
        StringBuilder strBuilder = new StringBuilder();
        strBuilder.append(configInUse.getFirstParam());
        strBuilder.append(" - ");
        strBuilder.append(configInUse.getSecondParam());

        return strBuilder.toString();
    }

    // Observer Method(s)
    @Override
    public void onConfigurationUpdated() {
        // The configuration has changed. Parse it again.
        parseConfiguration();
    }
}

注意将 currentConfig 移动到 buildSentence 开头的局部变量的安全措施，这样对使用的 ParsedConfig 的引用就可以了中途改变方法。