讨论如何避免Java程序中的数据脏读问题

脏数据(Out-of-date data)，指过时的数据。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。

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。