02共享对象

编程正确的并发程序的关键在于对共享的，可变的状态进行访问管理。同步不仅仅用于原子操作或者划定‘临界区’，同步还需要有内存可见性，即当避免一个线程修改其他线程正在使用的对象装填，还需要确保当一个县城修改了对象的状态后，其他线程能够真正看到该对象的改变。即保证对象的安全发布。

1.可见性

在没有同步的情况下共享变量：

对于多线程来说，ready的值可能永远不可见，但是也有可能会打印出0，因为在number赋值前，主线程就已经写入到ready并使之对取得线程可见，这就是一种“重排序”。在单线程中，如果重排序没有对结果产生影响，那么你就不能知道其中操作顺序一定按写的顺序执行【即重排序对其他线程来说产生影响】。

public class Novisibility {

private static boolean ready;
private static int number;

private static class ReadThread extends Thread{

public void run() {
while (!ready) {
Thread.yield();
System.out.println(number);
}
}
}

public static void main(String[] args){
new ReadThread().start();
ready = true;
number = 43;
}
}

　　

在没有同步的情况下读取数据类似于数据库中使用READ_UNCOMMITTED隔离级别，非同步的读取市调了更大的准确性，因为一个共享变量的可见值容易变成一个过期的数据。

下面是线程安全的可变整数访问器：当我们在调用getValue的同时，不能保证另一个线程正在调用setValue,这样get出来的数据就不是最新的了。

public class MutableInteger {

private int value;

public int getValue() {
return value;
}

public void setValue(int value) {
this.value = value;
}
}

下面是线程安全的可变整数访问器

public class MutableInteger {

private int value;

public synchronized int getValue() {
return value;
}

public synchronized void setValue(int value) {
this.value = value;
}
}

2.volatile

当一个线程在没有同步的情况下读取变量，会得到一个过期值，该值是有之前某个线程设置的一个真实值，这被称为‘最低限的安全性’，最低限的安全性应用于所有变量，但是可以将变量设置为volatile类型【用volatile修饰的变量，线程在每次使用变量的时候，都会读取变量修改后的最的值。volatile很容易被误用，用来进行原子性操作。】。

在 java 垃圾回收整理一文中，描述了jvm运行时刻内存的分配。其中有一个内存区域是jvm虚拟机栈，每一个线程运行时都有一个线程栈，

线程栈保存了线程运行时候变量值信息。当线程访问某一个对象时候值的时候，首先通过对象的引用找到对应在堆内存的变量的值，然后把堆内存

变量的具体值load到线程本地内存中，建立一个变量副本，之后线程就不再和对象在堆内存变量值有任何关系，而是直接修改副本变量的值，

在修改完之后的某一个时刻（线程退出之前），自动把线程变量副本的值回写到对象在堆中变量。这样在堆中的对象的值就产生变化了。下面一幅图

描述这写交互

read and load 从主存复制变量到当前工作内存
use and assign  执行代码，改变共享变量值 
store and write 用工作内存数据刷新主存相关内容

其中use and assign 可以多次出现

但是这一些操作并不是原子性，也就是 在read load之后，如果主内存count变量发生修改之后，线程工作内存中的值由于已经加载，不会产生对应的变化，所以计算出来的结果会和预期不一样

对于volatile修饰的变量，jvm虚拟机只是保证从主内存加载到线程工作内存的值是最新的

例如假如线程1，线程2 在进行read,load 操作中，发现主内存中count的值都是5，那么都会加载这个最新的值

在线程1堆count进行修改之后，会write到主内存中，主内存中的count变量就会变为6

线程2由于已经进行read,load操作，在进行运算之后，也会更新主内存count的变量值为6

导致两个线程及时用volatile关键字修改之后，还是会存在并发的情况。

来源： <http://www.cnblogs.com/aigongsi/archive/2012/04/01/2429166.html>

public class Counter {

public static int count = 0;

public static void inc() {

//这里延迟1毫秒，使得结果明显
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
}

count++;
}

public static void main(String[] args) {

//同时启动1000个线程，去进行i++计算，看看实际结果

for (int i = 0; i < 1000; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Counter.inc();
}
}).start();
}

//这里每次运行的值都有可能不同,可能为1000

System.out.println("运行结果:Counter.count=" + Counter.count);

}

}

结果：

加锁可以保证可见性与原子性，而volatile只能保证可见性。

只有满足一下条件，才能使用volatile

1.写入变量时并不依赖变量的当前值，或者能够确保只有单一的线程修改变量的值。

2.变量不需要与其他的状态变量共同参与不变约束

3.访问变量时，没有其他的原因需要加锁

3.锁的可见性

内置锁确保一个线程可预见地方式看到另一个线程的影响，如下，当线程A执行一个通不可时，线程B也随着进入同一个锁监视的通不可，则可以保证A释放锁后，B获得锁后对变量可见。

锁不仅仅是关于同步和互斥，也是关于内存可见，为保证所有线程都能够看到共享的可变变量的最新值，读取和写入线程必须使用公共的锁进行同步。

4.发布对象

当发布对象是将对象的引用存储到公共静态域中，任何类和线程都能见到这个域，如下：

public static Set<String> sets;

public void initSets(){
sets = new HashSet<>();
};

发布一个对象还会简介发布其他对象，当上面把一个String放入到sets中，则我们已经又发布了一个String对象，下面的做法就会允许内部可变的数据逸出：

private Set<String> sets = new HashSet<>();

public Set<String> getSets(){
return sets;
};

这样发布一个对象，虽然sets是私有的，但是任何一个调用者都能修改，因此states已经逸出了他所属的范围。这个数据本应该是私有的，但是实际变成了共有的了。这样就存在被外部误用的风险。

隐式允许this引用逸出如下：

发布的内部EventListener实例是封装在一个ThisEscape中的实例，但是对象只能通过构造函数返回后，才处于课预言、稳定的版本，在构造函数中发布的对象，只是一个未完成构造的对象。如果this引用在构造过程中逸出，则对象被认为‘没有正确构建’

public class ThisEscape {

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

如果在构造函数中注册监听器或启动线程，可以使用一个私有构造函数可一个公共的工厂方法，这样避免了不正确的创建：

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 safeListener = new SafeListener();
source.registerListener(safeListener.listener);
return safeListener;
}
}

5.线程封闭

避免同步的方式就是不共享数据，如果数据仅仅在单线程被访问，就不需要任何同步。有一种常见的线程限制的应用程序就是：应用池的JDBC的Conecction对象。JDBC并没有要求Connection是安全的，然而在典型的服务器应用中，线程总是从池中获取一个Connetction对象，并且用他处理一个个单一的请求。最后把它归还。每个线程都会同步处理大多数请求，但是在Connection被归还之前，池不会将它分配给其他线程。

ThreadLocal

ThreadLocal允许将每个线程与持有数值的对象关联在一起，ThreadLocal提供了get矛set访问器，为每个使用它的线程维护一份单独的拷贝，所以get总是返回当前执行线程通过set设置的最新值。使用ThreadLocal确保线程封闭性

public class SafeListener {
private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>(){
public Connection initalValue(){
return DriverManager.getConnection(url);
}
};

//会根据当前的线程id进行取得，每个线程都会
public static Connection getConnection () {
return connectionHolder.get();
}
}

6不可变

其实不可变性并不等同于将所有对象中的所有域都声明为final类型，因为final对象指向的对象任然是可变的。满足一下条件则才是对象的不可变：

它的状态不能再创建之后修改

所有域都是final类型

它被正确创建（创建过程中没有发生this逸出）

如下面：

public final class ThreeStooges {
private final Set<String> stooge = new HashSet<>();

public ThreeStooges() {
stooge.add("monday");
stooge.add("threeday");
}

public boolean isStooge(String name){
return stooge.contains(name);
}

}

如果使用了可变的容器对象，则必须使用锁以确保原子性，使用不可变对象则不用担心其他线程会修改它。如果更新变量，会创建新的容器对象，但是在此之前任何线程都还可原先的容器打交道，则任然看到它是处于一致的状态。

7安全发布

上面我们都是在关注确保对象不会被发布，比如让对象限制在线程中或者对另一个对象的内部。但是有时我们需要跨线程共享对象，此时我们就需要安全地共享它。

使用到不可变容器的对象的volatile类型引用，缓存最新

public class VolatileCached extends HttpServlet {

private volatile OneCalueCache cache = new OneCalueCache(null,null);
@Override
public void service(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
throws ServletException, IOException {
int i = (int) request.getAttribute("integerValue");
int[] factors = cache.getFactors(i);
if (factors == null) {
cache = new OneCalueCache(i,factors);
}
}

}

下面的例子，因为没有同步确保Holer对其他线程可见，所以我们称Holder是非正常发布，没有正确发布的对象会导致两种错误。发布线程以外的线程可能看到Holer的过期值，

public class Holder {

private int n;

public Holder(int n) {
this.n = n;
}

public void assertSanity(){
if (n != n) {
throw new AssertionError("this statement is false");
}
}
}

安全发布模式：

为了安全发布对象，对象的引用一集对象的状态必须同时对其他线程可见。一个正确创建的对象可以通过以下条件安全地发布：

1.通过金泰初始化器初始化对象的引用

2.将它的引用存储到volatile或AtomicReference(原子)

3.将它的引用存储到正确创建的对象的final域中

4.将它的引用存储到由锁正确保护的域中

高效不可变对象

有些对象在技术上是可变的，但是我们在实际的应用的并不修改这种变量，那么我们可以将其看成是不可变对象。任何线程在使用这种对象的时候都是可以的，这种变量被称为高效不可变对象。

例如：Date自身是可变的，但是当Date被跨线程共享时，都要用锁确保安全，假设正在维护一个Map,用于存储每个用户的最近登录时间:

public Map<String,Date> lastLogin = Collections.synchronizedMap(new HashMape<String Date>());

当Date值放入到Map中就不会再改变，那么synchronizeMap中同步实现，就是安全地发布Date值，当其他线程再访问Date值得时候就不再需要额外的同步。

可变对象

当对象创建后被修改，则安全发布仅仅只能保证‘发布当时’状态的可见性。同步不仅仅是对象的发布，韩用于每次对象被访问后，保证后续的可见性，可变对象必须被安全发布，并且同时必须是线程安全的或是被锁保护的。

8.安全地共享对象

在并发程序中，使用和共享对象的一些最有效的策略：

1.线程限制：一个线程限制的对象，通过限制在线程中，而被线程独占。且只能被占有它的线程修改

2.共享只读：一个共享的只读对象，在没有额外同步的情况下，被多个线程并发访问，但是任何线程都不能修改它，共享只读对象包括可变对象与高效不可变对象

3.共享线程安全：一个线程安全的对象在内部进行同步，所以其他线程无需额外同步，就可以通过公共接口随意访问它。

4.被守护的：一个呗守护的对象只能通过特定的锁访问，被守护的对象包括那些被线程安全对象封装的对象，和已知被特定的锁保护起来的已发布对象。

时间： 2024-11-05 11:49:04

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