Чистый код. Создание, анализ и рефакторинг

Некоторые классы коллекций содержат отдельные потоково-безопасные методы. Однако любая операция, связанная с вызовом более одного метода, потоково-безопасной не является. Например, если вы не хотите заменять уже существующий элемент HashTable, можно было бы написать следующий код:

if(!hashTable.containsKey(someKey)) {

    hashTable.put(someKey, new SomeValue());

}

По отдельности каждый метод потоково-безопасен, однако другой программный поток может добавить значение между вызовами containsKey и put. У проблемы есть несколько решений:

• Установите блокировку HashTable и проследите за тем, чтобы остальные пользователи HashTable делали то же самое (клиентская блокировка):

synchronized(map) {

if(!map.conainsKey(key))

    map.put(key,value);

• Инкапсулируйте HashTable в собственном объекте и используйте другой API (серверная блокировка с применением паттерна АДАПТЕР):

public class WrappedHashtable {

    private Map map = new Hashtable();

    public synchronized void putIfAbsent(K key, V value) {

        if (map.containsKey(key))

            map.put(key, value);

    }

}

• Используйте потоково-безопасные коллекции:

ConcurrentHashMap map = new ConcurrentHashMap

String>();

map.putIfAbsent(key, value);

Для выполнения подобных операций в коллекциях пакета java.util.concurrent предусмотрены такие методы, как putIfAbsent().

Зависимости между методами могут нарушить работу многопоточного кода

Тривиальный пример введения зависимостей между методами:

public class IntegerIterator implements Iterator

    private Integer nextValue = 0;

    public synchronized boolean hasNext() {

        return nextValue < 100000;

    }

    public synchronized Integer next() {

        if (nextValue == 100000)

            throw new IteratorPastEndException();

        return nextValue++;

    }

    public synchronized Integer getNextValue() {

        return nextValue;

    }

}

Код, использующий IntegerIterator:

IntegerIterator iterator = new IntegerIterator();

while(iterator.hasNext()) {

    int nextValue = iterator.next();

    // Действия с nextValue

}

Если этот код выполняется одним потоком, проблем не будет. Но что произойдет, если два потока попытаются одновременно использовать общий экземпляр IngeterIterator в предположении, что каждый поток будет обрабатывать полученные значения, но каждый элемент списка обрабатывается только один раз? В большинстве случаев ничего плохого не произойдет; потоки будут совместно обращаться к списку, обрабатывая элементы, полученные от итератора, и завершат работу при завершении перебора. Но существует небольшая вероятность того, что в конце итерации два потока помешают работе друг друга, один поток выйдет за конечную позицию итератора, и произойдет исключение.

Проблема заключается в следующем: поток 1 проверяет наличие следующего элемента методом hasNext(), который возвращает true. Поток 1 вытесняется потоком 2; последний выдает тот же запрос, и получает тот же ответ true. Поток 2 вызывает метод next(), который возвращает значение, но с побочным эффектом: после него вызов hasNext() возвращает false. Поток 1 продолжает работу. Полагая, что hasNext() до сих пор возвращает true, он вызывает next(). Хотя каждый из отдельных методов синхронизирован, клиент использовал два метода.

Проблемы такого рода очень часто встречаются в многопоточном коде. В нашей конкретной ситуации проблема особенно нетривиальна, потому что она приводит к сбою только при завершающей итерации. Если передача управления между потоками произойдет в строго определенной последовательности, то один из потоков сможет выйти за конечную позицию итератора. Подобные ошибки часто проявляются уже после того, как система пойдет в эксплуатацию, и обнаружить их весьма нелегко.

У вас три варианта:

• Перенести сбои.

• Решить проблему, внося изменения на стороне клиента (клиентская блокировка).

• Решить проблему, внося изменения на стороне сервера, что приводит к дополнительному изменению клиента (серверная блокировка).

Перенесение сбоев