Java 并发编程 - 1

Volatile 变量

Volatile 关键字的作用:

• 确保对声明的变量的操作 不会 和其他内存操作一起被重排序
• Volatile 变量不会缓存到寄存器或者其他对处理器隐藏的地方(保证可见性)
• 确保 引用类型, long 和 double的读取或者赋值的原子性

Volatile 的主要用法:

• 确保他们所引用对象状态的可见性
• 确保读取或者赋值 long 和 double 类型的原子性
• 确保标志状态变更的可见性

发布和逸出

发布: 一个对象能够被当前范围外的代码所使用. 比如:

• 作为参数传递到另外一个方法中
• 作为返回值返回此对象的引用

逸出: 一个对象还没有准备好, 就被发布. 比如:

• 构造函数中有个集合类型的参数, 然而在构造函数中用 collection.add(this), this 就被逸出了.

Note: 不要在构造函数中 启动 一个线程. 因为当对象在构造函数中创建了一个线程, 无论是显式的还是隐式的, this引用几乎总是被新线程共享. 构造函数中可以创建一个线程, 但是 不要启动 它!

线程封闭

线程需要同步的原因是: 线程之间要共享数据. 所以避免同步的方式就是 不共享数据, 也叫 线程封闭.

应用池的 JDBC 对象是一个线程封闭的例子, 每个 Connection 对象在归还到池中以前, 总是被某个线程独占的.

Ad-hoc 线程限制

特点: 容易出错, 应该用 栈限制 和 ThreadLocal 取代.

栈限制

本地变量被限制在执行线程里, 他们存在于 执行线程栈, 其他线程无法方位这个栈.

Note: 确保本地变量不要被逸出!

ThreadLocal

ThreadLocal 可以将多个对象绑定在执行线程中, ThreadLocal 提供了 get 和 set 方法, 为每个使用它的线程维护一份单独的拷贝.

ThreadLocal 常用在:

1. 防止在基于可变的单体或全局变量的设计中, 出现不正确的共享. 比如 SimpleDateFormatter 和 Connection
2. 一个频繁执行的操作既需要 buffer 这样的临时对象, 还需要避免每次都重分配该临时对象.

ThreadLocal: Every thread has a threadLocals map structure to store value related on the thread.

When calling ThreadLocal.get():

1. ThreadLocal firstly try to get the threadLocals map structure:
   • if the map is null, then create the map and put a (this, initialValue) into the map, then return the value
   • if the map is not null, then try to get value from the map
     • if the value is null, then insert the initialValue into the map (this, initialValue), then return the value
     • if the value is not null, return the value

不可变对象

发布对象依赖于对象的可变性:

1. 不可变对象可以通过任意机制发布
2. 高效不可变对象必须要安全发布
3. 可变对象必须要安全发布, 同时必须要线程安全或者被锁保护

不可变对象:

不可变对象是那些构造后状态无法被改变的对象. 由于它的不可变性, 他不会有 Thread interference 和 Memory inconsistent 等问题.

不可变对象的特征:

1. 不要设置 setter 方法.
2. 所有的成员都设置成 final + private
3. 不允许子类重写方法. 简单的方法是将类声明前 + final
4. 如果实例变量中有引用类型, 别让他们被更改:
   • 不要提供更改他们的方法
   • 不要共享他们的引用, 包括
     • 不要在构造函数中直接引用参数
     • 不要将实例引用变量返回, 如果不得不, 则, 返回拷贝!

不可变对象永远是线程安全的. 它只有一种状态, 无法被更改. 不可变对象有如下特征:

1. 被正确创建(创建期间没有发生 this 引用逸出)
2. 所有域都是 final 类型
3. 状态不能在创建后再被修改

NOTE: 如果 final域指向可变对象, 那么访问这些对象的状态时仍然需要同步.

如何保证一个 不可变对象 的可见性?

1. 静态初始化器初始化对象的引用
2. 将它的引用存储到 volatile 域或者 AtomicReference
3. 将它的引用存储到正确创建的对象的 final 域中
4. 它的引用存储在由锁正确保护的域中

有效不可变对象

一个对象在技术上不是不可变的, 但是它的状态不会在发布后被修改, 这样的对象称作有效不可变对象.

任何线程都可以在没有额外的同步下安全地使用一个安全发布的高效不可变对象.

可变对象

安全发布仅仅可以保证"发布当时"状态的可见性. 但是之后状态的改变需要线程同步来保证.