JAVA并發編程實戰,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存寫入的可見性,就必須使用同步機制

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行順序進行一些意想不到調整。在缺乏足夠同步的多線程程序中,想要對內存操作的執行順序進行判斷,幾乎無法做出正確的結論

3.1.1失效數據


3.1.2非原子的64位操作

即使不考慮失效數據問題,在多線程環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


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,所有執行讀操作或者寫操作的線程都必須在同一個鎖上進行


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volatile變量能夠簡化代碼的實現以及對同步策略的驗證時,才應該使用它們

加鎖機制既能保證原子性又能保證可見性,而volatile只能保證可見性


當且僅當滿足以下條件時,才使用volatile

a.當對變量的寫入操作不依賴當前變量的值,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發布與逸出

發布一個對象的意思是指使對象能夠在當前作用域之外的代碼使用


例如:

將一個指向對象的引用放到其他代碼可以訪問的地方

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


當某個不應該被發布的對象被發布時,就叫做逸出


發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變量中


當發布某個對象時,可能間接的發布其他對象

當發布某個對象時,該對象的非私有域中的所有對象同樣會被發布

當把某個對象發布到外部方法時,就相當于發布了這個對象

發布一個內部的類實例也可以發布對象或內部狀態


安全的對象構造過程:

不要再構造過程中使用this引用逸出

使this引用逸出最常見錯誤是,在構造函數中啟動一個線程

使用私有構造函數和一個公共工廠方法防止this引用在構造函數中逸出


3.3線程封閉

如果僅在單線程內訪問數據,就不需要同步,這種技術叫做線程封閉


應用場景

Swing中大量使用

JDBC的Connection對象


機制

局部變量

ThreadLocal


3.3.1Ad-hoc線程封閉

定義:指維護線程封閉性的職責完全由程序實現來承擔

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


對象不可變應該滿足的條件

a.對象創建以后其狀態就不能修改

b.對象的所有域嗾使final

c.對象時正確創建的(在對象創建期間,this引用沒有逸出)


在不可變對象的內部仍可以用可變的對象來管理他們的狀態

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慣


3.4.2示例:使用volatile類型來發布不可變的對象


3.5安全發布

3.5.1不正確的發布: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,即使在發布這些對象時沒有使用同步


3.5.3安全發布的常用模式

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

a.在靜態初始化函數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造對象的final域中

d.將對象的引用保存到一個由鎖保護的域中


線程安全的容器類提供了以下安全發布的保證

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布到任何從這些隊列中訪問該元素的線程

d.通過靜態的初始化器初始化的任何對象都被安全發布


3.5.4事實不可變對象

如果對象從技術上來說是可變的,但其狀態在發布后不會發生變化,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布的事實不可變對象


3.5.5可變對象

對象的發布需求取決于它的可變性

不可變對象可以通過任意機制來發布

事實不可變對象必須通過安全方式來發布

可變對象必須通過安全方式來發布,并且必須是線程安全的或者由某個鎖保護起來


3.6安全的共享對象

當發布一個對象時,必須明確對象訪問方式


在并發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部實現同步,因此多個線程可以通過對象的公有接口來進行訪問而不需要進一步同步

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



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