【java并发编程】线程安全性和对象共享

野性酷女 2022-05-28 11:22 243阅读 0赞

读书笔记来自《java并发编程实战》。

# 线程安全性 #

## 可重入锁 ##

*  可重入意味着获取锁的操作的粒度是线程而不是调用。
 *  实现方法是为每个锁关联一个获取计数值和一个所有者进程。当计数器为0，这个锁被认为可以被任何线程池游。当线程请求一个未被池游的锁时，JVM将记下锁的持有者，并且将计数器置为1，如果同一个线程再次获取这个锁，计数器将递增。当线程退出痛不快，计数器递减。当计数器为0，锁被释放。

# 对象的共享 #

## 可见性 ##

#### volatile关键字 ####

并发需要三点必须满足的特性

*  原子性：即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。
 *  可见性：多个线程访问一个变量，其他线程能看到变量的改变
 *  有序性：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

volatile满足了可见性和有序性，没有办法满足原子性。实现原理是，每个线程的工作内存中，复制了变量的值（源自cpu缓存，防止每次都去主存获取）。当某个线程更改变量的值，其他线程的缓存失效，必须去主存重新获取。更改完成立马写回主存。

所以使用volatile的场景是能够保证操作原子性的情况变量的更改不依赖于当前值，或者可以确保只有单个线程更新变量的值。

#### 加锁可以保证可见性 ####

加锁不仅局限于互斥行为，还包括了内存可见性。

## 发布和逸出 ##

#### this引用逸出 ####

public class ThisEscape{ 
    	public ThisEscape (EventSource source){ 
    		source.registerListener{ 
    			new EventListener(){ 
    				public void onEvent(Event e){ 
    					doSomething(e);
    				}
    			}
    		};
    	}
    }

在对象没有确定完全初始化之前就发布了this引用。在构造函数中注册了监听事件，但是此时ThisEscape对象还没有完全初始化。

#### 安全的对象构造过程 ####

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;
    	}
    }

在执行`source.registerListener(safe.listener);`之前， SafeListener已经完全初始化。

## 线程封闭 ##

#### Ad-hoc线程封闭 ####

完全由程序控制维护线程的封闭性，十分脆弱，尽量要少用。

#### 栈封闭 ####

即使用的变量均为局部变量，每次调用方法都会把局部变量压栈，同样也不存在线程安全的问题。

但是注意不可以对传入的引用做修改（函数副作用）或者发布方法中的一个引用（如集合引用），这样会导致逸出，带来线程安全问题。且不易维护。

#### Threadlocal类 ####

在每个线程中都有一份变量的备份，实现原理是利用map（ThreadlocalMap， key是threadlocal）。解决了对于每个线程都使用的变量需要同步的问题，比如创建数据库的连接，session管理。

实现应用程序框架时，使用了大量的Threadlocal。如EJB调用，J2EE需要将一个事务上下文与某个执行中的线程关联起来。通过将事物上下文保存在静态的Threadlocal中实现。当框架需要知道当前运行的是哪一个事务的时候，只要从Threadlocal中读取上下文。

这种方法会降低代码的可重用性，带来隐含的耦合。使用时需要小心。

## 不变性 ##

不可变对象一定是线程安全的。

如何构造一个不变的类。

*  final修饰变量和类
 *  不提供setter方法
 *  构造方法里初始化所有的值
 *  getter方法返回值的clone
 *  对象的clone采用深度复制
 *  类成员变量被修饰成private

## 安全发布 ##

安全地发布一个对象，对象的应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以下方式来安全地发布：

*  在静态初始化函数中初始化一个对象引用
 *  将对象的应用保存到volatile类型的域或者AtomicReferance对象中
 *  将对象的引用保存到某个正确构造对象的final类型域中
 *  将对象的引用保存到一个由锁保护的域中

#### 利用容器 ####

线程安全库中的容器类提供了以下的安全发布保证：

*  通过将一个键或者值放入Hashtable、synchronizedMap或者ConcurrentMap中，可以安全地将它发布给任何从这些容器中访问它的线程（无论是直接访问还是通过迭代器访问）
 *  通过将某个元素放入Vector、CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet、synchronizedList或synchronizedSet中，可以将该元素安全地发布到任何从这些容器中访问该元素的线程
 *  通过将某个元素放入BlockingQueue或者ConcurrentLinkedQueue中，可以将该元素安全地发布到任何从这些队列中访问该元素的线程。
 *  类库中的其他数据传递机制（例如Future和Exchanger）同样能实现安全发布。

#### 利用静态变量 ####

静态初始化器由JVM在类的初始化阶段执行。由于在JVM内部存在着同步机制，因此通过这种方式初始化的任何对象都可以被安全地发布