java併發編程實踐之安全發佈和逸出

前言

多線程併發環境下，線程安全極爲重要。每每一些問題的發生都是因爲不正確的發佈了對象形成了對象逸出而引發的，所以若是系統開發中須要發佈一些對象，必需要作到安全發佈，以避免形成安全隱患。

發佈和逸出

 

    所謂發佈對象是指使一個對象可以被當前範圍以外的代碼所使用。所謂逸出是指一種錯誤的發佈狀況，當一個對象尚未構造完成時，就使它被其餘線程所見，這種狀況就稱爲對象逸出。在咱們的平常開發中，常常要發佈一些對象，好比經過類的非私有方法返回對象的引用，或者經過公有靜態變量發佈對象。以下面這些代碼所示：
    class Unsafepublish {

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

        public String[] getStates(){ 

            return states;

 }

    public static void main(String[] args) {
        UnSafeStates safe = new UnSafeStates();
        System.out.println(Arrays.toString(safe.getStates()));
        safe.getStates()[1] = "c";
        System.out.println(Arrays.toString(safe.getStates()));
    }
 }

輸出結果[AL,KL]

       [AL,c]

    以上代碼經過public訪問級別發佈了類的域，在類的外部任何線程均可以訪問這些域，這樣發佈對象是不安全的，由於咱們沒法假設，其餘線程不會修改這些域，從而形成類狀態的錯誤。還有一種逸出是在構造對象時發生的，它會使類的this引用發生逸出，從而使線程看到一個構造不完整的對象，以下面代碼所示：
    public class Escape{

        private int thisCanBeEscape = 0;

 

        public Escape(){

            new InnerClass();

        }

        private  class InnerClass {

            public InnerClass() {

                //這裏能夠在Escape對象完成構造前提早引用到Escape的private變量

               System.out.println(Escape.this.thisCanBeEscape);

       }

        }

    

        public static void main(String[] args) {

            new Escape();

        }

    }

    上面的內部類的實例包含了對封裝實例隱含的引用，這樣在對象沒有被正確構造以前，就會被髮布，有可能會有不安全因素。

一個致使this引用在構造期間逸出的錯誤，是在構造函數中啓動一個線程，不管是隱式啓動線程，仍是顯式啓動線程，都會形成this引用逸出，新線程總會在所屬對象構造完畢前看到它。因此若是要在構造函數中建立線程，那麼不要啓動它，而應該採用一個專有的start或initialize方法來統一啓動線程。咱們能夠採用工廠方法和私有構造函數來完成對象建立和監聽器的註冊，這樣就能夠避免不正確的建立。記住，咱們的目的是，在對象未完成構造以前，不能夠將其發佈。

安全發佈對象

若是不正確的發佈了可變對象，那麼會致使兩種錯誤。首先，發佈線程之外的任何線程均可以看到被髮布對象的過時值；其次更嚴重的狀況是，線程看到的被髮布對象的引用是最新的，然而被髮布對象的狀態倒是過時的。若是一個對象是可變對象，那麼它就要被安全發佈，一般發佈線程與消費線程必須同步化。一個正確建立的對象能夠經過下列條件安全發佈：
    1、經過靜態初始化器初始化對象引用。

二、將發佈對象的引用存儲到volatile域或者具備原子性的域中（如：java5.0中的AtomicReference）。

三、將發布對象引用存放到正確建立的對象的final域中。

四、將發佈對象引用存放到由鎖保護的域中（如：同步化的容器）。

    若是要發佈一個被靜態建立的對象，最簡單的方式就是使用靜態初始化器，以下面代碼所示：public static Holder holder=new Holder();靜態初始化器由JVM在類初始化時執行，JVM在執行靜態變量的初始化時會有內在同步保護，所以能夠保證對象的安全發佈。

高效不可變對象

    有些對象在發佈後就不會被修改，其餘線程要在沒有額外同步的狀況下安全的訪問它們，此時安全的發佈就是相當重要的。全部的安全發佈機制都能保證，只要一個對象在發佈當時的狀態對全部訪問線程均可見，那麼到它的引用也均可見。若是發佈時的狀態不會再改變，那麼就必須確保任意訪問是安全的。
    一個對象是可變的，可是它的狀態不會在發佈後被修改，這樣的對象稱做「高效不可變對象」。這種對象沒有知足我在上一篇文章中所說的不可變對象的條件，可是這些對象在發佈後能夠被簡單的當作不可變對象來使用，另外因爲減小了同步，使用它們還會提升效率。以下面代碼所示：
    public Map<String,Date> lastlogin=Collections.synchonizedMap(new HashMap<String,Date>());
    Date對象自己是可變的，每當Date被跨線程來訪問都要使用鎖來確保訪問安全。可是此時咱們卻能夠把它看成一個不可變對象來使用，由於咱們將Date對象置入了一個線程安全的HashMap容器中，此時訪問這些Date對象值就再也不須要額外的同步了。所以任何線程均可以在沒有額外同步的狀況下安全的使用一個高效不可變對象，但前提是這些對象必須被安全發佈，即必須知足上面提到的安全發佈條件。

安全地共享對象

    如今咱們來總結一下，在併發編程中的一些安全共享對象的策略。
    1、線程限制：一個被線程限制的對象，由線程獨佔，而且只能被佔有它的線程修改。
    2、共享只讀：一個共享只讀的對象，在沒有額外同步的狀況下，能夠被多個線程併發訪問，可是任何線程都不能修改它。
    3、線程安全對象：一個線程安全的對象或者容器，在內部經過同步機制來保證線程安全，因此其餘線程無需額外的同步就能夠經過公共接口隨意訪問它。
    4、被守護對象：被守護對象只能經過獲取特定的鎖來訪問。