JAVA并發(fā)編程實戰(zhàn),第三章 對象的共享

3.1可見性

為了確保多個線程之間對內(nèi)存寫入的可見性,就必須使用同步機(jī)制

在沒有同步的情況下,編譯器、處理器以及運行時等都可能對操作的執(zhí)行順序進(jìn)行一些意想不到調(diào)整。在缺乏足夠同步的多線程程序中,想要對內(nèi)存操作的執(zhí)行順序進(jìn)行判斷,幾乎無法做出正確的結(jié)論

3.1.1失效數(shù)據(jù)


3.1.2非原子的64位操作

即使不考慮失效數(shù)據(jù)問題,在多線程環(huán)境下使用共享且可變的long和double等類型的變量也是不安全的,除非用volatile來聲明或者用鎖來保護(hù)


3.1.3加鎖和可見性

加鎖的含義不僅僅是互斥行為,還包括內(nèi)存可見性,為了確保所有線程都能夠看到修改后的最新值,所有執(zhí)行讀操作或者寫操作的線程都必須在同一個鎖上進(jìn)行


3.1.4Volatile

編譯器和運行時都會注意到這個變量時共享的,因此不會將該變量上的操作與其他操作一起重排序

不會造成線程阻塞,是一種比Synchronized更輕量級的鎖機(jī)制

volatile變量不會被緩存到寄存器或者其他處理器不可見的地方

僅當(dāng)volatile變量能夠簡化代碼的實現(xiàn)以及對同步策略的驗證時,才應(yīng)該使用它們

加鎖機(jī)制既能保證原子性又能保證可見性,而volatile只能保證可見性


當(dāng)且僅當(dāng)滿足以下條件時,才使用volatile

a.當(dāng)對變量的寫入操作不依賴當(dāng)前變量的值,或者你能夠確保只有單個線程更新變量的值

b.該變量不會與其他變量一起納入不變性條件中

c.在訪問變量時不需要加鎖


3.2發(fā)布與逸出

發(fā)布一個對象的意思是指使對象能夠在當(dāng)前作用域之外的代碼使用


例如:

將一個指向?qū)ο蟮囊梅诺狡渌a可以訪問的地方

一個非私有的方法中返回對象引用

引用傳遞到其他類的方法


當(dāng)某個不應(yīng)該被發(fā)布的對象被發(fā)布時,就叫做逸出


發(fā)布對象最簡單的方式就是講對象的引用保存到一個公有的靜態(tài)變量中


當(dāng)發(fā)布某個對象時,可能間接的發(fā)布其他對象

當(dāng)發(fā)布某個對象時,該對象的非私有域中的所有對象同樣會被發(fā)布

當(dāng)把某個對象發(fā)布到外部方法時,就相當(dāng)于發(fā)布了這個對象

發(fā)布一個內(nèi)部的類實例也可以發(fā)布對象或內(nèi)部狀態(tài)


安全的對象構(gòu)造過程:

不要再構(gòu)造過程中使用this引用逸出

使this引用逸出最常見錯誤是,在構(gòu)造函數(shù)中啟動一個線程

使用私有構(gòu)造函數(shù)和一個公共工廠方法防止this引用在構(gòu)造函數(shù)中逸出


3.3線程封閉

如果僅在單線程內(nèi)訪問數(shù)據(jù),就不需要同步,這種技術(shù)叫做線程封閉


應(yīng)用場景

Swing中大量使用

JDBC的Connection對象


機(jī)制

局部變量

ThreadLocal


3.3.1Ad-hoc線程封閉

定義:指維護(hù)線程封閉性的職責(zé)完全由程序?qū)崿F(xiàn)來承擔(dān)

由于Ad-hoc線程封閉的脆弱性,因此程序中盡量少用


3.3.2棧封閉

在棧封閉中,只能通過局部變量訪問對象

對于基本類型的局部變量,無論如何都 不會破壞棧的封閉性

在維持對象引用的棧封閉時,要確保引用對象不會逸出


3.3.3ThreadLocal類

通常用戶對可變的單實例對象或者全局變量進(jìn)行共享


3.4不變性

不可變對象一定是線程安全的


對象不可變應(yīng)該滿足的條件

a.對象創(chuàng)建以后其狀態(tài)就不能修改

b.對象的所有域嗾使final

c.對象時正確創(chuàng)建的(在對象創(chuàng)建期間,this引用沒有逸出)


在不可變對象的內(nèi)部仍可以用可變的對象來管理他們的狀態(tài)

3.4.1Final域

除非需要更高的可見性,否則將對象所有域聲明為私有域是一個良好的編程習(xí)慣

除非需要某個域是可變的,否則將其聲明為final也是一個良好的編程習(xí)慣


3.4.2示例:使用volatile類型來發(fā)布不可變的對象


3.5安全發(fā)布

3.5.1不正確的發(fā)布:正確的對象被破壞


3.5.2不可變對象和初始化安全性

任何線程都可以在不需要額外同步的情況下安全地訪問不可變對象,即使在發(fā)布這些對象時沒有使用同步


3.5.3安全發(fā)布的常用模式

要安全的發(fā)布一個對象,對象的引用以及對象的狀態(tài)必須同時對其他線程可見。一個正確構(gòu)造的對象可以通過以下方式安全的發(fā)布

a.在靜態(tài)初始化函數(shù)中初始化一個對象引用

b.將對象的引用保存到volatile類型的域或者AtomicRererance對象中

c.將對象的引用保存到某個正確構(gòu)造對象的final域中

d.將對象的引用保存到一個由鎖保護(hù)的域中


線程安全的容器類提供了以下安全發(fā)布的保證

a.通過將一個鍵或者值放入一個hashTable、synchronizedMap或者ConcurrentMap中,可以安全的將它發(fā)布給任何從這些容器中訪問它的線程(無論是直接訪問還是通過迭代器訪問)

b.通過將一個元素放入到Vector、CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet、SynchronizedList或者SynchronizedSet中,可以將元素發(fā)布到任何從這些容器中訪問它的線程

c.通過將元素放到BlockingQueue或者ConcurrentLinkedQueue中,可以將元素安全的發(fā)布到任何從這些隊列中訪問該元素的線程

d.通過靜態(tài)的初始化器初始化的任何對象都被安全發(fā)布


3.5.4事實不可變對象

如果對象從技術(shù)上來說是可變的,但其狀態(tài)在發(fā)布后不會發(fā)生變化,把這種對象稱為事實不可變對象

在沒有額外的同步的情況下,任何線程都可以安全的使用被安全發(fā)布的事實不可變對象


3.5.5可變對象

對象的發(fā)布需求取決于它的可變性

不可變對象可以通過任意機(jī)制來發(fā)布

事實不可變對象必須通過安全方式來發(fā)布

可變對象必須通過安全方式來發(fā)布,并且必須是線程安全的或者由某個鎖保護(hù)起來


3.6安全的共享對象

當(dāng)發(fā)布一個對象時,必須明確對象訪問方式


在并發(fā)程序中使用和共享對象時,可以使用一些實用的策略

線程封閉:對象只能由一個線程擁有,對象被封閉在線程中,并且只能由這個線程修改

只讀共享:在沒有額外同步的情況下,共享的只讀對象可以由多個線程并發(fā)訪問,但任何線程不能修改它。共享的只讀變量包括不可變對象和事實不可變對象

線程安全共享:線程安全的對象在其內(nèi)部實現(xiàn)同步,因此多個線程可以通過對象的公有接口來進(jìn)行訪問而不需要進(jìn)一步同步

保護(hù)對象:被保護(hù)的對象只能通過持有特定的鎖來訪問,保護(hù)對象包括封裝在其他線程安全對象中的對象,以及已發(fā)布并且由某個特定鎖保護(hù)的對象



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