java对象可变状态风险

*****摘自《七周七并发编程》《深入理解java虚拟机》

多线程下变量修改的可见性

现代CPU一般都使用读写速度很快的高速缓存来作为内存和cpu之间的缓冲，高速缓存的引入可以有效解决CPU和内存之间的速度矛盾。但同时引入了新的问题：缓存一致性。多CPU系统，每个处理器都有自己的高速缓存cache，而高速缓存共享相同内存，为了解决缓存一致性问题，需要各个处理器访问缓存时遵循一定的协议。
此外，为了获取好的执行效率，处理器可能会对代码进行乱序执行优化，处理器会再计算之后将乱序执行的结果进行重组，保证该结果与顺序执行的结果一致。但并不保证程序中各个语句执行的顺序与代码的顺序一致。
java虚拟机中，即时编译器也会进行指令重排序优化，是在机器层面的优化，执行的线程是无法感知这种优化的。
java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中, 除此之外每个线程都有自己的工作内存, 线程的工作内存中保存了被该线程使用到的变量的副本拷贝, 线程对变量的所有操作(读取,赋值等)都必须在工作内存中进行, 而不能直接读写主内存中的变量. 不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量, 线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成.
由上可知, 一个线程修改了变量的值, 另一个线程并非总是能够及时获知最新的值, 这就是可见性问题的根源。

隐藏的可变状态

class DataParser{private final DataFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");public Date parse(String s) throws ParseException{return format.parse(s)}}

多个线程使用这个类的同一对象时，首次运行可能得到如下错误：java.lang.NumberFormatException:for input string :".12012E4.12012E4"

再次运行，可能会得到如下错误：caught:java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException:-12012E4

第三次运行，可能还会得到另一个错误：java.lang.NumberFormatException:multiple points

虽然这段代码只有一个成员变量，且被标记为不可变（即final），但显然这段代码根本达不到线程安全，为什么呢？造成的原因是SimpleDateFormat内部有隐藏的可变状态，你可能会认为这应该是个bug，但对我们来说是不是bug并不重要，Java这类语言为了让代码写起来简单，在此隐藏了可变状态，也是我们无法判断何时会发生错误——从API无法判断SimpleDateFormat是否是线程安全的。隐藏的可变状态还不是唯一需要留意的问题，我们再来看一个。

逃逸的可变状态

假设我们要创建一个管理比赛的web服务，需求是能管理一个运动员列表，我们会习惯的写如下代码：

public class Tournament{private List<Player> players = new LinkedList<Player>();public synchronized void addPlayer(Player p ){players.add(p);}public synchronized Iterator<Player> getPlayerIterator(){return players.iterator();}}

通常我们会认为这段代码是线程安全的——players是私有变量，仅addPlayer()和getplayerIterator()使用，且两个方法都标记了synchronized，然而它并不是线程安全的，因为getPlayerIterator（）返回的迭代器仍引用了players内部的可变状态——如果迭代器在使用时，另一个线程调用了addPlayer()方法，那么程序就会抛出ConcurrentModificationException或变得更糟，也就是说可变状态从Tournament在重重防护下逃逸了。

在并发程序中，隐藏和逃逸仅仅是两种可变状态带来的风险——还有件很多其他的风险。

this逃逸

指构造函数返回之前其它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起错误。this逃逸经常发生在构造函数中启动线程或注册监听器时, 如:

public class ThisEscape {      public ThisEscape() {          new Thread(new EscapeRunnable()).start();          // ...      }      private class EscapeRunnable implements Runnable {          @Override          public void run() {              // 通过ThisEscape.this就可以引用外围类对象, 但是此时外围类对象可能还没有构造完成, 即发生了外围类的this引用的逃逸          }      }  }  

逃逸分析

逃逸分析，是目前Java虚拟机中比较前沿的优化技术，它与类型继承关系分析一样，并不是直接优化代码的手段，而是为其它优化技术提供依据的分析技术。逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域：当一个对象在方法中被定义后，它可能被外部方法所引用，例如作为调用参数传到其它方法中，称为方法逃逸。甚至还有可能被其它线程访问到，比如赋值给类变量或可以在其它线程中访问的实例变量，称为线程逃逸。如果能证明一个对象不会逃逸到方法或线程之外，也就是别的方法或线程无法通过任何途径访问到这个对象，则可能为这个变量进行一些高效的优化。（1）栈上分配；（2）同步消除；（3）标量替换。