第3章 对象的共享

3.1 可见性

为了确保多个线程之间对内存写入操作的可见性，必须使用同步机制。

在没有同步的情况下共享变量（不要这么做）

public class NoVisibility {    private static boolean ready;    private static int number;    private static class ReaderThread extends Thread {        public void run() {            while (!ready)                Thread.yield();            System.out.println(number);        }    }    public static void main(String[] args) {        new ReaderThread().start();        number = 42;        ready = true;    }}

在没有同步的情况下，编译器、处理器以及运行时等都可能对操作的执行顺序进行一些意想不到的调整。在缺乏足够同步的多线程程序中，要想对内存操作的执行顺序进行判断，几乎无法得出正确的结论。

3.1.1 失效数据

在缺乏同步的程序中可能产生错误结果的一种情况：实效数据。

3.1.2 非原子的64位操作

最低安全性适用于绝大多数变量，但是存在一个例外：非volatile类型的64位数值变量（double和long）。

64位的读操作和写操作分解为两个32位的操作。当读取一个非volatile类型的long变量时，如果对该变量的读操作和写操作在不同的线程中执行，那么很可能会读取到某个值的高32位和另一个值的低32位。

用关键字volatile来声明它们，或者用锁保护，来确保安全。

3.1.3 加锁和可见性

加锁的含义不仅仅局限于互斥行为，还包括内存可见性。位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。

3.1.4 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。然而，在访问volatile变量时不会执行加锁操作，因此也就不会使执行线程阻塞，因此volatile变量是一个种比sychronized关键字更轻量级的同步机制。

仅当volatile变量能简化代码的实现以及对同步策略的验证时，才应该使用它们。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。volatile变量的正确使用方式包括：确保它们自身状态的可见性，确保它们所引用对象的状态的可见性，以及标识一些重要的程序生命周期事件的发生。

加锁机制即可以确保可见性又可以确保原子性，而volatile变量只能确保可见性。

当且仅当满足以下所有条件时，才应该使用volatile变量：

*对变量的写入操作不依赖变量的当前值，或者你能确保只有单个线程更新变量的值。

*该变量不会与其他状态变量一起纳入不变性条件中。

*在访问变量时不需要加锁。

3.2发布与逸出

“发布”一个对象的意思是指，使对象能够在当前作用域之外的代码中使用。

当某个不应该发布的对象被发布时，这种情况就被称为逸出。
安全的对象构造过程
不要在构造过程中使this引用逸出。

3.3线程封闭

一种避免使用同步的方式就是不共享数据。这种技术被称为线程封闭，它是实现线程安全性的最简单方式之一。当某个对象封闭在一个线程中时，这种用法将自动实现线程安全性，即使被封闭的对象本身不是线程安全的。

3.3.1Ad-hoc线程封闭

很少用

3.3.2栈封闭

栈封闭是线程封闭的一种特例，在栈封闭中，只能通过局部变量才能访问对象。局部变量的固有属性之一就是封闭在执行线程中。它们位于执行线程的栈中，其他线程无法访问这个栈。

3.3.3 ThreadLocal类

Java并发编程：深入解析ThreadLocal

ThreadLocal类能使线程中的某个值与保存值的对象关联起来。ThreadLocal提供了get与set等访问接口或方法，这些方法为每个使用该变量的线程都存有一份独立的副本，因此get总是返回由当前执行线程在调用set时设置的最新值。

ThreadLocal对象通常用于防止对可变的单实例变量或全局变量进行共享。例如：通过将ＪＤＢＣ的连接保存到ＴｈｒｅａｄＬｏｃａｌ对象中，每个线程都会拥有属于自己的连接。

当某个线程初次调用ThreadLocal.get方法时，就会调用initialValue来获取初始值。

3.4不变性

满足同步需求的另一种方法是使用 不可变对象。

不可变对象一定是线程安全的。

当满足一下条件时，对象才是不可变的：

*对象创建以后其状态就不能修改。

*对象的所有域都是final类型

3.4.1Final域

在Java内存模型中，final域还有着特殊的语义。final域能确保初始化过程的安全性，从而可以不受限制地访问不可变对象，并在共享这些对象时无须同步。

3.4.2示例：使用Volatile类型来发布不可变对象

3.5安全发布

3.5.1不正确的发布：正确的对象被破坏

3.5.2不可变对象与初始化安全性

任何线程都可以在不需要额外同步的情况下安全地访问不可变对象，即使在发布这些对象时没有使用同步。

3.5.3安全发布的常用模式

要安全地发布一个对象，对象的引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

*将对象的引用保存到volatile类型的域或者AtomicReference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。

在线程安全容器内部的同步意味着，在将对象放入到某个容器，将满足上述最后一条需求。

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。

3.5.4事实不可变对象

如果对象从技术上来看是可变的，但其状态在发布后不会再改变，那么把这种对象称为“事实不可变对象”。

在没有额外的同步的情况下，任何线程都可以安全地使用被安全发布的事实不可变对象。

3.5.5可变对象

对象的发布需求取决于它的可变性：

*不可变对象可以通过任意机制来发布。

*事实不可变对象必须通过安全方式来发布。

*可变对象必须通过安全方式来发布，并且必须是线程安全的或者由某个锁保护起来。

3.5.6安全地共享对象

在并发程序中使用和共享对象时，可以使用一些实用的策略：包括：

线程封闭。线程封闭的对象只能由一个线程拥有，对象被封闭在该线程中，并且只能由这个线程修改。

只读共享。在没有额外同步的情况下，共享的只读对象可以由多个线程并发访问，但任何线程都不能修改它。共享的只读对象包括不可变对象和事实不可变对象。

线程安全共享。线程安全的对象在其内部实现同步，因此多个线程可以通过对象的公有接口来进行访问而不需要进一步的同步。

保护对象。被保护的对象只能通过持有特定的锁来访问。保护对象包括封装在其他线程安全对象中的对象，以及已发布的并且由某个特定锁保护的对象。