「Java并发编程实战」之对象的共享

前言

  本系列博客是对《Java并发编程实战》的一点总结，本篇主要讲解如下几个内容，内容会比较枯燥。可能你们看标题不能能直观的感觉出到底什么意思，这就是专业术语，哈哈，解释下，术语（terminology）是在特定学科领域用来表示概念的称谓的集合，在我国又称为名词或科技名词（不一样于语法学中的名词）。术语是经过语音或文字来表达或限定科学概念的约定性语言符号，是思想和认识交流的工具。我就用白话文来给你们解释下这些术语。

线程安全

  什么是线程安全？这算是老生常谈的问题了，相信你们在面试的过程当中也遇到过，在线程安全的定义中，最核心的概念就是正确性，若是对线程安全性的定义是模糊的，那么就是缺少对正确性的清晰定义。正确性的含义是，某个类的行为与其规范彻底一致，在良好的规范中一般会定义各类不变性条件来约束对象的状态，以及定义各类后验条件来描述对象操做的结果。说白了就是一个类不管是在单线程环境仍是多线程环境中都能正确的执行，那么这个类就是线程安全的。若是在线程交替执行的过程当中致使不可预料的结果，那么就是线程不安全的。

可见性

  假若有一个变量，如今对它进行读写操做，可见性说的就是当前线程对变量的写操做是否对其它线程可见，就是其它线程能不能知道你对这个变量作了修改。若是不能保证可见，必须使用同步机制。不然当其余线程来读这个变量的时候，可能会获得一个已经失效的值。这个值就被称为失效数据。
  在这里提醒你们，对于非volatile类型的long和double变量JVM容许将64位的读操做或写操做分解为两个32位的操做，当读一个非volatile类型的long变量时，若是读写操做是在不一样的线程中执行，那么极可能会读取到某个值的高32位和另外一个值的低32位，因此在多线程环境中使用共享可变的long和double等类型的变量时不安全的，除非使用关键字volatile来声明它们，或者用锁保护起来。

1. 如今来介绍一下Volatile： Java语言提供了一种稍弱的同步机制，即volatile类型，用来确保将变量的更新操做通知到其余线程。使用就是在变量前面加上volatile便可。在 JMM 中，线程之间的通讯采用共享内存来实现的。volatile 的内存语义是：

• 当写一个 volatile 变量时，JMM 会把该线程对应的本地内存中的共享变量值，当即刷新到主内存中。
• 当读一个 volatile 变量时，JMM 会把该线程对应的本地内存设置为无效，直接从主内存中读取共享变量。

2. volatile的使用条件：

• 对变量的写入操做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。
• 该变量不会与其余状态变量一块儿归入不变性条件中。
• 在访问变量时不须要加锁。

加锁机制既能够确保可见性又能够确保原子性，而volatile变量只能确保可见性，千万不要用它来确保原子性操做。

发布与逸出

发布一个对象的意思就是使对象可以在当前做用域以外的代码中使用，例如，将一个指向该对象的的引用保存到其余代码能够访问的地方，或者在某一个非私有的方法中返回该引用，或者将引用传递到其余类方法中。当某个不该该发布的对象被发布时，这种状况被称为逸出。

线程封闭

当访问共享的可变数据时，一般须要使用同步。一种避免使用同步的方式就是不一样享数据，若是仅在单线程内访问数据，就不须要同步，这种技术被称为线程封闭，它是实现线程安全性最简单的方法之一。下面介绍几种线程封闭技术。

1. Ad-hoc线程封闭

   Ad-hoc线程封闭是指，维护线程封闭性的职责彻底有程序实现来承担。例如可见性修饰符或局部变量，能将对象封闭到目标线程上。事实上对于线程封闭对象一般保存在共有变量中。Ad-hoc线程封闭是很是脆弱的，因此程序中尽可能少使用它，可使用如下两种技术（栈封闭，ThreadLocal）。

2. 栈封闭

   栈封闭也被成为线程内部使用或者线程局部使用，不要与ThredaLocal混淆，比Ad-hoc更易于维护，也更加健壮。在栈封闭中，只能经过局部变量才能访问对象。

//伪代码
public void test(){
//定义一个变量
Set set ;
// 实例化一个TreeSet对象，并将该对象的一个引用保存到set中。
set = new TreeSet();
}
复制代码

这样TreeSet对象就被封闭在局部变量中，所以也被封闭到执行线程中，它位于执行线程的栈中，其余线程没法访问这个栈。

3. ThreadLocal

   维持线程封闭性的一种更为规范的方法是使用ThreadLocal，这个类能使线程中的某个值与保存值的对像关联起来，ThreadLocal提供了get与set等访问接口或方法，这些方法为每一个使用该变量的线程都存有一份独立的副本，所以get老是返回由当前线程执行set时设置的最新值。ThreadLocal一般用于防止对可变对像的单实例变量或全局变量进行共享。

//保存一个数据库链接对像
   public static ThreadLocal<Connection> connectionThreadLocal = 
   new ThreadLocal<Connection>(){
       @Override
       protected Connection initialValue() {
           return DriverManager.getConnection(DB_URl);
       }
   };
   //每一个线程使用时直接get
   public static Connection getConnection(){
       return connectionThreadLocal.get();
   }
复制代码

不变性

若是某个对像在被建立以后其状态就不能被修改，那么这个对象就是不可变对象，线程安全性是是不可变对象的固有属性之一。当知足一下条件时，对象才是不可变的：

• 对象建立后其状态就不能修改。
• 对象的全部域都是final类型。
• 对象是正确建立的（在对象的建立期间，this引用没有逸出）

Final域： 用于构造不可变对象。final类型的域是不能修改的（但若是final域所引用的对象是可变的，那么这些引用的对象是能够修改的）。然而在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，从而能够不受限制的访问不可变对象，并在共享这些对象时无须同步。

安全发布

1. 要安全发布一个对象，对象的引用以及对象的状态必须同时对其余线程可见，一个正确构造的对象能够经过如下方式来安全的发布：

• 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Atomicreferance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。

2. 在并发程序中使用和共享对象时，可使用一些实用的策略：

• 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，而且只能由这个线程修改
• 只读共享：在没有额外同步的状况下，共享的只读对象能够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，所以多线程能够经过对象的公有接口来进行访问而不须要进一步的同步。
• 保护对象：被保护的对象只能经过持有特定的锁来访问，保护对象包括封装在其余线程安全对象中的对象，以及已发布的而且由某个特定锁保护的对象。

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