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資訊專欄INFORMATION COLUMN

「Java并發(fā)編程實(shí)戰(zhàn)」之對(duì)象的共享

phodal / 3441人閱讀

摘要：當(dāng)某個(gè)不應(yīng)該發(fā)布的對(duì)象被發(fā)布時(shí)，這種情況被稱為逸出。線程安全共享線程安全的對(duì)象在其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)同步，因此多線程可以通過對(duì)象的公有接口來進(jìn)行訪問而不需要進(jìn)一步的同步。

前言

　　本系列博客是對(duì)《Java并發(fā)編程實(shí)戰(zhàn)》的一點(diǎn)總結(jié)，本篇主要講解以下幾個(gè)內(nèi)容，內(nèi)容會(huì)比較枯燥?？赡艽蠹铱礃?biāo)題不能能直觀的感受出到底什么意思，這就是專業(yè)術(shù)語，哈哈，解釋下，術(shù)語（terminology）是在特定學(xué)科領(lǐng)域用來表示概念的稱謂的集合，在我國(guó)又稱為名詞或科技名詞（不同于語法學(xué)中的名詞）。術(shù)語是通過語音或文字來表達(dá)或限定科學(xué)概念的約定性語言符號(hào)，是思想和認(rèn)識(shí)交流的工具。我就用白話文來給大家解釋下這些術(shù)語。

線程安全

　　什么是線程安全？這算是老生常談的問題了，相信大家在面試的過程中也遇到過，在線程安全的定義中，最核心的概念就是正確性，如果對(duì)線程安全性的定義是模糊的，那么就是缺乏對(duì)正確性的清晰定義。正確性的含義是，某個(gè)類的行為與其規(guī)范完全一致，在良好的規(guī)范中通常會(huì)定義各種不變性條件來約束對(duì)象的狀態(tài)，以及定義各種后驗(yàn)條件來描述對(duì)象操作的結(jié)果。說白了就是一個(gè)類無論是在單線程環(huán)境還是多線程環(huán)境中都能正確的執(zhí)行，那么這個(gè)類就是線程安全的。如果在線程交替執(zhí)行的過程中導(dǎo)致不可預(yù)料的結(jié)果，那么就是線程不安全的。

可見性

　　假如有一個(gè)變量，現(xiàn)在對(duì)它進(jìn)行讀寫操作，可見性說的就是當(dāng)前線程對(duì)變量的寫操作是否對(duì)其它線程可見，就是其它線程能不能知道你對(duì)這個(gè)變量做了修改。如果不能保證可見，必須使用同步機(jī)制。否則當(dāng)其他線程來讀這個(gè)變量的時(shí)候，可能會(huì)得到一個(gè)已經(jīng)失效的值。這個(gè)值就被稱為失效數(shù)據(jù)。
　　
　　在這里提醒大家，對(duì)于非volatile類型的long和double變量JVM允許將64位的讀操作或?qū)懖僮鞣纸鉃閮蓚€(gè)32位的操作，當(dāng)讀一個(gè)非volatile類型的long變量時(shí)，如果讀寫操作是在不同的線程中執(zhí)行，那么很可能會(huì)讀取到某個(gè)值的高32位和另一個(gè)值的低32位，所以在多線程環(huán)境中使用共享可變的long和double等類型的變量時(shí)不安全的，除非使用關(guān)鍵字volatile來聲明它們，或者用鎖保護(hù)起來。
1.現(xiàn)在來介紹一下Volatile：
Java語言提供了一種稍弱的同步機(jī)制，即volatile類型，用來確保將變量的更新操作通知到其他線程。使用就是在變量前面加上volatile即可。在 JMM 中，線程之間的通信采用共享內(nèi)存來實(shí)現(xiàn)的。volatile 的內(nèi)存語義是：

當(dāng)寫一個(gè) volatile 變量時(shí)，JMM 會(huì)把該線程對(duì)應(yīng)的本地內(nèi)存中的共享變量值，立即刷新到主內(nèi)存中。

當(dāng)讀一個(gè) volatile 變量時(shí)，JMM 會(huì)把該線程對(duì)應(yīng)的本地內(nèi)存設(shè)置為無效，直接從主內(nèi)存中讀取共享變量。

2.volatile的使用條件：

對(duì)變量的寫入操作不依賴變量的當(dāng)前值，或者你能確保只有單個(gè)線程更新變量的值。

該變量不會(huì)與其他狀態(tài)變量一起納入不變性條件中。

在訪問變量時(shí)不需要加鎖。

加鎖機(jī)制既可以確?？梢娦杂挚梢源_保原子性，而volatile變量只能確?？梢娦?，千萬不要用它來確保原子性操作。

發(fā)布與逸出

發(fā)布一個(gè)對(duì)象的意思就是使對(duì)象能夠在當(dāng)前作用域之外的代碼中使用，例如，將一個(gè)指向該對(duì)象的的引用保存到其他代碼可以訪問的地方，或者在某一個(gè)非私有的方法中返回該引用，或者將引用傳遞到其他類方法中。當(dāng)某個(gè)不應(yīng)該發(fā)布的對(duì)象被發(fā)布時(shí)，這種情況被稱為逸出。

線程封閉

當(dāng)訪問共享的可變數(shù)據(jù)時(shí)，通常需要使用同步。一種避免使用同步的方式就是不同享數(shù)據(jù)，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)被稱為線程封閉，它是實(shí)現(xiàn)線程安全性最簡(jiǎn)單的方法之一。下面介紹幾種線程封閉技術(shù)。
1.Ad-hoc線程封閉
Ad-hoc線程封閉是指，維護(hù)線程封閉性的職責(zé)完全有程序?qū)崿F(xiàn)來承擔(dān)。例如可見性修飾符或局部變量，能將對(duì)象封閉到目標(biāo)線程上。事實(shí)上對(duì)于線程封閉對(duì)象通常保存在共有變量中。Ad-hoc線程封閉是非常脆弱的，所以程序中盡量少使用它，可以使用以下兩種技術(shù)（棧封閉，ThreadLocal）。
2.棧封閉
棧封閉也被成為線程內(nèi)部使用或者線程局部使用，不要與ThredaLocal混淆，比Ad-hoc更易于維護(hù)，也更加健壯。在棧封閉中，只能通過局部變量才能訪問對(duì)象。

//偽代碼
public void test(){
//定義一個(gè)變量
Set set ;
// 實(shí)例化一個(gè)TreeSet對(duì)象，并將該對(duì)象的一個(gè)引用保存到set中。
set = new TreeSet();
}

這樣TreeSet對(duì)象就被封閉在局部變量中，因此也被封閉到執(zhí)行線程中，它位于執(zhí)行線程的棧中，其他線程無法訪問這個(gè)棧。
3.ThreadLocal
維持線程封閉性的一種更為規(guī)范的方法是使用ThreadLocal，這個(gè)類能使線程中的某個(gè)值與保存值的對(duì)像關(guān)聯(lián)起來，ThreadLocal提供了get與set等訪問接口或方法，這些方法為每個(gè)使用該變量的線程都存有一份獨(dú)立的副本，因此get總是返回由當(dāng)前線程執(zhí)行set時(shí)設(shè)置的最新值。ThreadLocal通常用于防止對(duì)可變對(duì)像的單實(shí)例變量或全局變量進(jìn)行共享。

   //保存一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接對(duì)像
   public static ThreadLocal connectionThreadLocal = 
   new ThreadLocal(){
       @Override
       protected Connection initialValue() {
           return DriverManager.getConnection(DB_URl);
       }
   };
   //每個(gè)線程使用時(shí)直接get
   public static Connection getConnection(){
       return connectionThreadLocal.get();
   }
不變性

如果某個(gè)對(duì)像在被創(chuàng)建之后其狀態(tài)就不能被修改，那么這個(gè)對(duì)象就是不可變對(duì)象，線程安全性是是不可變對(duì)象的固有屬性之一。當(dāng)滿足一下條件時(shí)，對(duì)象才是不可變的：

對(duì)象創(chuàng)建后其狀態(tài)就不能修改。

對(duì)象的所有域都是final類型。

對(duì)象是正確創(chuàng)建的（在對(duì)象的創(chuàng)建期間，this引用沒有逸出）

Final域：
用于構(gòu)造不可變對(duì)象。final類型的域是不能修改的（但如果final域所引用的對(duì)象是可變的，那么這些引用的對(duì)象是可以修改的）。然而在java內(nèi)存模型中，final域還有著特殊的語義。final域能確保初始化過程的安全性，從而可以不受限制的訪問不可變對(duì)象，并在共享這些對(duì)象時(shí)無須同步。

安全發(fā)布

1.要安全發(fā)布一個(gè)對(duì)象，對(duì)象的引用以及對(duì)象的狀態(tài)必須同時(shí)對(duì)其他線程可見，一個(gè)正確構(gòu)造的對(duì)象可以通過以下方式來安全的發(fā)布：

在靜態(tài)初始化函數(shù)中初始化一個(gè)對(duì)象引用。

將對(duì)象的引用保存到volatile類型的域或者Atomicreferance對(duì)象中。

將對(duì)象的引用保存到某個(gè)正確構(gòu)造對(duì)象的final類型域中。

將對(duì)象的引用保存到一個(gè)由鎖保護(hù)的域中。

2.在并發(fā)程序中使用和共享對(duì)象時(shí)，可以使用一些實(shí)用的策略：

線程封閉：線程封閉的對(duì)象只能由一個(gè)線程擁有，對(duì)象被封閉在該線程中，并且只能由這個(gè)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(duì)象可以由多個(gè)線程并發(fā)訪問，但任何線程都不能修改它，共享的只讀對(duì)象包括不可變對(duì)象和事實(shí)不可變對(duì)象。

線程安全共享：線程安全的對(duì)象在其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)同步，因此多線程可以通過對(duì)象的公有接口來進(jìn)行訪問而不需要進(jìn)一步的同步。

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

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