如何避免Java程序的数据脏读问题？

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脏数据(Out-of-date data)，指过时的数据。 如果在您的Java程序中存在脏数据，将或多或少地给软件系统带来一些问题，如：无法实时地应用已经发生改变的配置，软件系统出现一些莫名其妙的、难以重现的、后果严重的错误等等。尽量避免脏数据的存在是非常有价值的。本文希望能在这方面给同行们一点帮助。 Fragment 1. 缓存技术的脏数据问题 /** * A report printer is used to print a report. * * @version 1.0 9/9/2003 * @author Bill */ public class ReportPrinter { /** * Constructs a ReportPrinter instance. */ public ReportPrinter() { // do something... } /** * Prints a printable. * * @param printable the specified printable object */ public void print(Printable printable) { Graphics g = getGraphics(); g.setFont(getReportFont(printable.getFont()); printable.print(g); } /** * Returns the corresponding report font of a java font. * * @param javaFont the specified java font * @return the corresponding report font */ private Font getReportFont(font javaFont) { Font reportFont = fontMap.get(javaFont); if(reportFont == null) { reportFont = loadFont(javaFont); fontMap.put(javaFont, reportFont); } return reportFont; } /** * Loads the corresponding report font of a java font. * * @param javaFont the specified java font * @param the corresponding report font */ protected static Font loadFont(Font javaFont) { Font reportFont = null; // do something... return reportFont; } /** * The font map(java font->report font). */ private static HashMap fontMap = new HashMap(); } Fragment 1中，由于装载一个java font所对应的report font开销较大，使用了缓存技术来避免这种开销。这是一种常见的提高性能的方式，而且在一般情况下运行良好。但是Fragment 1的设计与实现可能是不完备的，因为极有可能一个java font所对应的report font在系统启动之后发生变化，在这种变化发生之后，只有重启软件系统才能装载之，这常常是最终用户的抱怨之一。更可怕的是，类似的这种脏数据的存在还可能带来其它严重的、无法想象的后果。 如何避免使用缓存技术所带来的脏数据问题呢？ 在设计、实现和测试时，应该清晰定义缓存数据的更新： i. 不考虑缓存数据的更新，重启软件系统是一种必要的方式； ii. 不考虑缓存数据的更新，缓存数据不可能成为脏数据(但在软件系统中，往往“不可能”会在一次又一次的重构之后变为“可能”)； iii. 考虑缓存数据的更新，当源数据变化时，实时更新缓存数据。 Fragment 2. Singleton模式的脏数据问题 /** * A storage usage handler is used to query the storage usage of users. * * @version 1.0 9/9/2003 * @author Bill */ public class StorageUsageHandler { /** * Returns a StorageUsageHandler instance. * * @return the single StorageUsageHandler instance */ public static StorageUsageHandler getStorageUsageHandler() { if(handler == null) { handler = new StorageUsageHandler(); } return handler; } /** * Constructs a StorageUsageHandler instance. */ private StorageUsageHandler() { users = Context.getAllUsers(); } /** * Returns the storage sizes of all the users. * * @return the storage sizes */ public long[] getSizes() { long sizes[] = new long[users.size()]; for(int i = 0; i < users.size(); i ) { sizes[i] = getOneSize(users.get(i)); } } /** * Returns the storage size of a user. * * @param user the specified user * @return the storage size */ protected long getSize(User user) { // do something... return 0; } /** * The StorageUsageHandler singleton. */ private static StorageUsageHandler handler; /** * The users. */ private List users; } 您看出了问题所在吗？ Fragment 2中，由于没有必要次次实例化StorageUsageHandler而带来不必要的开销，采用了Singleton模式以保证StorageUsageHandler只被实例化一次。 在实例化SotrageUsageHandler时，StorageUsageHandler的类成员users将被赋值。由于不存在任何对users重新赋值的方法，一直驻留在软件系统中的users将不会发生任何变化。在软件系统启动之后，增加、删除或修改用户的操作经常会发生，而一旦发生这类操作，users就成为了脏数据，Fragment 2将无法正常工作。 如何避免使用Singleton模式所带来的脏数据问题呢？ 对于Singleton类的类成员： i. 对于与Singleton类外部无依赖关系的类成员，不存在这种问题; ii. 对于依赖于Singleton类外部的类成员，且该类成员不存在更新机制，最好是将其去掉，需要时从Singleton类外部直接获取；如果这种办法不可行，应提供机制以确保在使用该类成员之前，该类成员已经被更新过。 Fragment 3. 类使用的脏数据问题 /** * A storage usage handler is used to query the storage usage of users. * * @version 1.0 9/9/2003 * @author Bill */ public class StorageUsageHandler implements AdminHandler { /** * Constructs a StorageUsageHandler instance. */ private StorageUsageHandler() { users = Context.getAllUsers(); } /** * Returns the storage sizes of all users. * * @return the storage sizes */ public long[] getSizes() { long sizes[] = new long[users.size()]; for(int i = 0; i < users.size(); i ) { sizes[i] = getOneSize(users.get(i)); } } /** * Returns the storage size of a user. * * @param user the specified user * @return the storage size */ protected long getSize(User user) { // do something... return 0; } /** * Displays the storage usage of users. * * @param req the http servlet request * @param res the http servlet response * * @throws IOException * @throws ServletException */ public void process(HttpServletRequest req, HttpServletResponse res) throws IOException, ServletException { res.setContentType("text/html"); res.setHeader("Cache-Control", "no-cache"); res.setHeader("Pragma","no-cache"); res.setDateHeader("Expires", 0); PrintWriter writer = new PrintWriter(res.getOutputStream()); long sizes[] = getsizes(); writer.println(""); writer.println(""); for(int i = 0; i < sizes.length; i ) { writer.print(" "); writer.print(users.get(i) ": " sizes[i]); writer.println(" "); } writer.println(""); writer.flush(); writer.close(); } /** * The users. */ private List users; } /** * An admin servlet as a http servlet to process the admin http servlet * request and response. * * @version 1.0 9/9/2003 * @author Bill */ public class AdminServlet extends HttpServlet { /** * Initiates the configuration. * * @param config the servlet config * * @throws ServletException */ private void initConfig(ServletConfig config) throws ServletException { // do something... handlerMap.put("__storage_Usage__", new StorageUsageHandler()); } /** * Processes the http servlet request and response. * * @throws IOException * @throws ServletException */ public void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse res) throws IOException, ServletException { AdminHandler handler = handlerMap.get(req.getParameter("handler")); if(handler == null) { // do something... return; } handler.process(req, res); } /** * The admin handler map(handler name->handler). */ private HashMap handlerMap = new HashMap(); } 您一定看出了问题所在吧！ Fragment 3中，由于StorageUsageHandler并不遵循Singleton模式，尽管StorageUsageHandler的类成员users只能在实例化StorageUsageHandler时被赋值，但是在单线程模式下，只要保证每次所使用的StorageUsageHandler实例是新实例化的，基本上还是没有问题的。 问题在于，在初始化AdminServlet的过程中，StorageUsageHandler被实例化并存储起来。此后，除非servlet container重新装载AdminServlet，否则将无法重新实例化StorageUsageHandler，也将无法更新StorageUsageHandler的类成员users。这样，在发生了增加、删除或修改用户的操作之后，users将成为脏数据。 如何避免类使用所带来的脏数据问题呢？ i. 对于与类外部无依赖关系的类成员，不存在这种问题； ii. 对于依赖于类外部的类成员，且该类成员不存在更新机制。最好是将其去掉，需要时从类外部直接获取；如果这种办法不可行，应提供机制以确保在使用该类成员之前，该类成员已经被更新过；如果这种办法还不可行，请清晰地说明类的使用方式，以防止不当的类使用发生。 小节 以上用三个例子列举了三类常见的脏数据问题。事实上，Java程序中的脏数据问题存在形式非常多样，因而，在设计、实现、测试和重构过程中，紧记(Keep in mind)避免脏数据的存在是非常重要的，我们可以从系统、子系统、类和类成员等各个层次来检查Java程序。 “只做好一件事”是对简单性的最佳诠释，这句话同样最好地诠释了软件系统在功能方面的正交性。然而，在面向对象的软件开发过程中，仅仅在功能方面确保正交性是不够的，还应该在数据存储方面来尽量保证正交性。当然，考虑到性能等因素，在数据存储方面确保正交性比较困难，对于破坏此规则的数据存储，应提供机制以确保所使用数据的实时性。 下载本文示例代码


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