第三章 对象的共享(一)

前言:第二章主要介绍了如何同步同步来避免多个线程同一时刻访问相同的数据,而本章将要介绍如何共享和发布对象。参考:第二章 线程安全性 - 简书

目标:我们不仅希望防止某个线程正在使用对象状态而另一个线程也在同时修改该状态(原子性),而且希望当一个线程修改了对象状态后,其他线程能够看到发生的状态变化(可见性)。


3.1 可见性


通常,没有适当的同步机制,我们无法确保执行读操作的线程能适时的看到其他线程写入的值。

程序清单3-1中的NoVisibility 类说明了当多个线程在没有同步下共享数据的错误。


3-1 NoVisibility.java

根据书中的描述:这段代码可能产生三个结果:一种正确输出44,第二种可能持续循环下去,因为读线程可能永远看不到主线程对于共享数据ready的修改;第三种输出0,由于jvm的 “重排序” 机制,读线程注意到了ready 值的修改,而未及时获取 number值的修改,因此输出 0;

然而根据我的实验,当只有一个主线程和一个读线程时,jvm 总是能够执行正确的操作。(使用的是jdk8),可能是现有的jvm有优化。

当增加到两个或以上读线程时,就有可见性的问题出现了。这时有可能某个读线程不能及时的注意到共享变量的修改。因此需要一定的同步机制。

重排序:在没有同步的情况下,编译器,处理器都可能对操作的执行顺序进行一些意想不到的调整。


3.1.1 加锁与可见性


加锁的含义不仅仅局限于互斥行为,还包括内存可见性。为了确保所有线程都能看到共享变量的最新值,所有执行读操作或者写操作的线程都必须在同一个锁上同步。


3.1.2 volatile变量


Java 语言提供了一种稍弱的同步机制,即 volatile 变量, 用来确保将变量的更新操作通知到其他线程。volatile 变量不会被缓存在寄存器或者其他处理器不可见的地方,因此在读取volatile 变量时总会返回最新写入的值。

仅当volatile 变量能简化代码的实现以及对同步策略的验证时,才应该使用它。如果在验证正确性时需要对可见性进行复杂的判断,那么就不要使用volatile 变量。

程序清单 3-1-2 给出了volatile变量的一种典型的用法:检查某个状态标记以判断是否退出循环;

volatile boolean asleep;

.....

    while(!asleep)

          countSheep();

我们也可以加锁来确保 asleep 的可见性,但这会使代码变得更加复杂。

加锁机制既能确保可见性又能确保原子性,而volatile 变量只能确保可见性。


3.2 发布与逸出


“发布”(publish)一个对象是指 使对象能够在当前作用域之外的代码中使用。

当某个不该被发布的对象被发布时,这种情况被称作“逸出”(Escape)。


(1)发布对象最简单的方式是将对象的引用保存到一个公有的静态变量中,以便任何类和线程都能看见该对象。

public static Set<Secret> knownSecrets;

public void initialize(){

    knownSecrets=new HashSet<>();

}


(2)从非私有方法中返回一个引用,那么同样会发布返回的对象。

class UnsafeStates {

     private String state[] =new String[] {"AK","AL"};

     public String[] getStates() {return state;}

}

如果按照上述方式来发布 status,就会出现问题,因为任何调用者都能够修改这个数组的内容,而state 这个私有变量不应该被发布。这就是“逸出”。


(3)最后一种发布对象或者其内部状态的机制就是发布一个内部的类实例。

public ThisEscape(EventSource source){

    source.registerListener(new EventListener(){

        public void onEvent(Event e){

            doSomsthring(e);

         }

    });

    }

}

当ThisEscape发布EventListener时,也隐含的发布了this引用(因为内部类总是持有外部类的引用)。如果this引用在构造过程中逸出,那么这种对象就被认为是不正确构造。

比如 doSomething()获得ThisEscape的成员变量的值,可是此时ThisEscape对象构造还未结束(有可能要对成员变量赋值),doSomething 获取的数据显然不正确。

当内部类代码执行的时候,外部类对象的创建过程很有可能还没结束,这个时候如果内部类访问外部类中的数据,很有可能得到还没有正确初始化的数据

this 逃逸就是说在构造函数返回之前其他线程就持有该对象的引用,调用尚未构造完全的对象的方法可能引发错误



在构造过程中使this 引用逸出的一个常见错误是,在构造函数中启动一个线程。(this 引用会被新创建的线程共享(新线程是内部类)),在对象未完全构造之前,新的线程就可以看到它。因此,在构造函数中创建的线程最好不要启动它,而是通过一个start 或 initialize 方法启动。

在构造函数中调用一个可改写的实例方法(not private and not final method),同样会导致this 引用在构造过程中逸出。

如果想在构造函数中注册一个事件监听器或启动线程,那么可以使用一个私有的构造函数和一个公有的工厂方法,从而避免不正确的构造。程序代码如下:

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;

   }

}

  


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