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02共享对象

时间:2015-11-02 21:04:10      阅读:253      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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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

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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。


 
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:
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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。
技术分享
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volatileAtomicReference(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
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。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

02共享对象

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原文地址:http://www.cnblogs.com/yeziTesting/p/4931174.html

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