java 对象的共享
要编写正确的并发程序,关键在于在访问共享可变状态是需要进行正确的管理,下面介绍如何共享和发布对象,从而使他们能够安全的有多线程同时访问。
volatile
加锁机制既可以确保可见性有可以确保原子性,而volatile变量只能确保可见性。
典型用法
volatile boolean asleep;
...
while (!asleep)
countSomeSheep();
非原子的64位操作
jvm起初设计的时候64位计算并不是普遍的,大部分机器还是32位的。在32位机器上计算long类型时,其实是分成高位和低位分别计算,在把结果返回。但是jvm规范并没有强制要求这个操作时原子性的,所以在并发场景下,一个线程读到的long可能是另一个线程只计算了高位或低位的结果。为了避免这样的操作,需要把这个变量声明称volatile。
volatile long l;
发布与溢出
先看一个例子
// BAD
class UnsafeStates {
private String[] states = new String[] {"AK", "AL" ... };
public String[] getStates() { return states; }
}
上面的方法直接把内部变量引用返回,造成了内部变量溢出。正确的方式应该是:
// GOOD
class UnsafeStates {
private String[] states = new String[]{"AK", "AL"};
public String[] getStates() {
// 返回副本,这样就不会影响内部
String[] tmp = new String[states.length];
System.arraycopy(states, 0, tmp, 0, states.length);
return tmp;
}
}
封接能够使得对程序的可见性进行分析变得可能,并使得无意中破坏设计约束条件变得更雄。
// BAD
public class ThisEscape {
public ThisEscape(EventSource source) {
source.registerListener(
new EventListener() {
public void onEvent(Event e) {
doSomething(e);
}
});
}
}
上面的例子隐式的提前暴露了this对象(在对象构造完成之前,或者说在构造方法中暴露了当前对象的引用)。在构造方法完成之前,当前对象的处于不可预测和不一致的状态,this对象提前暴露,超出了它的所用范围。正确的方法是可以把对象引用保存到变量中,等构造方法完成后在调用,如下;
// GOOD
public class SafeListener {
private final EventListener listener;
private SafeListener() {
listener = new EventListener() {
public void onEvent(Event e) {
doSomething(e);
}
};
}
public static SafeListener newInstance(EventSource source) {
SafeListener safe = new SafeListener();
source.registerListener(safe.listener);
return safe;
}
}
安全对象的构造过程
线程封闭
当访问共享的可变数据室,通常需要使用同步。一种避免使用同步的方式就是不同享数据。如果仅在但相成内访问数据,就不需要同步。折中技术被称为线程封闭(Thead Confinement),他是实现线程安全性的最简单方式之一。
一种常见的应用是JDBC的Connection对象。JDBC规范并不要求Connecting对象必须是线程安全的。在典型的服务器应用程序中,线程从连接池中获得一个Connectiion对象,并且用改对象来处理请求,使用完成后在将对象返回给连接池。由于大多数请求(servlet请求)都是有单个线程采用同步方式来处理,并且在Connection对象返回之前,连接池不会再将它分配给其他线程,因此,折中连接管理模式在处理请求是隐含地将Connection对象封闭在线程中。
Java语言中无法强制将对象封闭在某个线程中,这是程序设计需要考虑的因素。Java好辛苦提供了一些机制帮助维持线程封闭性,例如局部变量和ThreadLocal类,即便如此,程序员仍然需要负责确保封闭在线程中的对象不会从线程中溢出。
Ad-hoc 线程封闭
维护线程封闭性的职责完全由程序实现来承担,ad-hoc线程封闭式非常脆弱的,因为没有任何一种语言特性支持他。事实上,对线程封闭对象(例如,GUI应用程序中的可视化组建或数据模型等)的引用通常保存在公有变量中。
由于Ad-hoc线程封闭技术的脆弱性,因此在线程中尽量少用他,在可能的情况下,应该使用更强的线程封闭技术(例如,栈封闭或ThreadLocal类)。
栈封闭
栈封闭式一个对象只能通过本地变量访问。就像封装更容易保存不变量,本地变量可以更容易限定线程对变量的访问。本地变量的本质是限定在当前线程内,他存在于执行线程栈中,不能被其他线程访问。栈封闭(又叫 within-thread 或 thread-local,不要和ThreadLocal类混了)更容易维护并且比Ad-hoc线程封闭更强壮。
通俗一点讲,本地变量是变量作用域最小的,在开发多线程程序是应该尽量减小变量的作用域。
不变性
如果一个对象发布以后不会发生变化,那么在访问他的时候就不用考虑线程安全问题了。
**不可变对象一定是线程安全的 **
当满足一下条件时,对象才是不可变的:
- 对象创建以后七状态就不能I许改。
- 对象的所有与都是final类型
- 对象是正确创建的(在对象的创建其间,this引用没有溢出)。
安全发布
上节讲的是如何把对象封闭在线程或另一个对象的内部,确保对象不被发布。
要安全地发布一个对象,对象的引用以及对象的状态必须同时对其他线程可见。一个正确构造的对象可以通过一下方式来安全的发布:
- 在静态初始化函数中初始化一个对象引用
- 讲对象的引用保存到volatile类型的域或者AtomicRefer对象中。
- 讲对象的引用保存到讴歌正确构造对象的final类型域中g- 讲对象的引用保存到一个有锁保护的域中。
可变对象在构造后可以,那么安全发布只能确保“发布当时”状态的可见性。
对象的发布需求取决于他的可变性:
- 不可变对象可以通过任意机制来发布。
- 事实不可变对象必须通过安全方式来发布
- 可变对象必须通过安全方式来发布,必须通过是线程安全的或者有某个锁保护起来。
在并发程序中使用和共享对象是,可以使用一些实用的策略,包括:
线程封闭。线程封闭的对象只能由一个线程拥有,对象被封闭在改线程中,并且只能由一个线程修改。
制度共享。在没有额外同步的情况下,共享的制度对象可以有多线程并发访问,但任何线程都不能修改I啊它。共享的制度对象包括不可变对象和事实不可变对戏那个。
线程安全共享。线程安全的对象在其内部实现同步,因此多个线程可以通过对象的共有接口进行访问和不需要进一步的同步。
保护对象。被保护的对象只能通过持有特定的锁来访问。保护对象包括封装在其他线程安全对象中的对象,以及已发布的并且由某个特定锁保护的对象。