共享对象的线程安全更新没有性能损失？

Question

我正在努力解决我的类的线程安全实现，以便在 Servlet 或代码中的多个“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，Configuration 对象可以被观察到，因此如果发生更改，单例将订阅通知。重要的关键点：

• 配置可以随时更改（无法预测）

• 配置解析时，其值保存到MySingleton的成员字段中

• 单例的公共方法使用这些字段来生成返回结果

参见下面的简化代码：

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();
    }
}

该类本身可以正常工作（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，则对parseConfiguration() 的第一次调用可能在第二次调用开始之前尚未完成。这个很容易解决，我可以让parseConfiguration()同步（对吗？）。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() 混合使用 firstParam 和 secondParam 的旧值（即，如果 parseConfiguration() 完成一半）。因此，我可以为parseConfiguration() 和buildSentence() 在Configuration 对象上放置一个同步块，但是我的性能受到严重影响：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Configuration 更新，则parseConfiguration() 必须等到buildSentence() 结束才能运行

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

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

如何重构 MySingleton 以支持我上面列出的理想“规则”？有可能吗？

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我一直在考虑一个涉及信号量的解决方案。即：执行buildSentence()时，检查信号量是否可用。如果是，请继续（不阻塞）。如果没有，请等待。而parseConfiguration 将在信号量执行期间锁定信号量。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。告诉我！

Answer 1

我想我会选择这样的：

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，因此对使用的ParsedConfig 的引用不能更改中间方法。