摘要：對象的共享上一章介紹了如何通過同步來避免多個(gè)線程在同一時(shí)刻訪問相同的數(shù)據(jù)，而本章將介紹如何共享和發(fā)布對象，從而使它們能夠安全地由多個(gè)線程同時(shí)訪問。為了確保多個(gè)線程的之間對內(nèi)存寫入操作的可見性，必須使用同步機(jī)制。

上一章介紹了如何通過同步來避免多個(gè)線程在同一時(shí)刻訪問相同的數(shù)據(jù)，而本章將介紹如何共享和發(fā)布對象，從而使它們能夠安全地由多個(gè)線程同時(shí)訪問。

列同步代碼塊和同步方法可以確保以原子的方式執(zhí)行操作，但一種常見的誤解是，認(rèn)為關(guān)鍵字synchronized只能用于實(shí)現(xiàn)原子性或者確定“臨界區(qū)”。同步還有另一重要的方面；內(nèi)存可見性。

我們不僅希望防止某個(gè)線程正在使用對象狀態(tài)而另一個(gè)線程在同時(shí)修改該狀態(tài)，而希望確保當(dāng)一個(gè)線程修改了對象狀態(tài)之后，其他線程能夠看到發(fā)生的狀態(tài)變化。

如果沒有同步，那么這種情況就無法實(shí)現(xiàn)。

通常，我們無法確保執(zhí)行讀操作的線程能適時(shí)地看到其他線程寫入的值。有時(shí)甚至是不可能的事情。為了確保多個(gè)線程的之間對內(nèi)存寫入操作的可見性，必須使用同步機(jī)制。

/**
 * NoVisibility
 * 

 * Sharing variables without synchronization
 *
 * @author Brian Goetz and Tim Peierls
 */

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;
    }
}

主線程啟動讀線程，然后將number設(shè)為42，并將ready設(shè)為true。讀線程一直循環(huán)知道發(fā)現(xiàn)ready的值為true，然后輸出number的值。雖然NoVisibility看起來會輸出42，但事實(shí)上很可能輸出0，或者根本無法終止。這是因?yàn)樵诖a中沒有使用足夠的同步機(jī)制，因此無法保證主線程寫入的ready值和number值對于讀線程來說是可見的。

查看變臉時(shí)，可能會得到一個(gè)已經(jīng)失效的值。
下方代碼中，如果某線程調(diào)用了set，那么另一個(gè)正在調(diào)用get的線程可能會看到更新后的value值，也可能看不到。

/**
 * MutableInteger
 * 

 * Non-thread-safe mutable integer holder
 *
 * @author Brian Goetz and Tim Peierls
 */

@NotThreadSafe
public class MutableInteger {
    private int value;

    public int get() {
        return value;
    }

    public void set(int value) {
        this.value = value;
    }
}

下面的SynchronizedInteger 中，通過對get和set等方法進(jìn)行同步，可以使 MutableInteger 成為一個(gè)線程安全的類。

/**
 * SynchronizedInteger
 * 

 * Thread-safe mutable integer holder
 *
 * @author Brian Goetz and Tim Peierls
 */
@ThreadSafe
public class SynchronizedInteger {
    @GuardedBy("this") private int value;

    public synchronized int get() {
        return value;
    }

    public synchronized void set(int value) {
        this.value = value;
    }
}

- 最低安全性：當(dāng)線程在沒有同步的情況下讀取變量時(shí)，可能會得到一個(gè)失效值，但至少這個(gè)值是由之前的某個(gè)線程設(shè)置的值，而不是一個(gè)隨機(jī)值。這種安全性保證也被稱之為最低安全性。
- 最低安全性適用于絕大多數(shù)變量，但是存在一個(gè)例外：非volatile類型的64位數(shù)值變量（double和long），JVM允許將64位的度操作或?qū)懖俜纸鉃?兩個(gè)32位操作。

加鎖的含義不僅僅局限于互斥行為，還包括內(nèi)存可見性。為了確保所有的線程都能看到共享變量的最新值，所有執(zhí)行讀操作或者寫操作的線程都必須在同一個(gè)鎖上同步。

Java語言提供了一種稍弱的同步機(jī)制，即volatile變量，用來確保將變量的更新操作通知到其它線程。

當(dāng)把變量聲明為volatile類型后，編譯器于運(yùn)行時(shí)都會注意到這個(gè)變量是共享的，因此不會講該變量上的操作與其他內(nèi)存操作一起重排序。volatile變量不會被緩存在寄存器或者對其他處理器不可見的地方，因此在讀取volatile類型的變量時(shí)總會返回最新寫入的值。

volatile不會加鎖，所以非常輕量級。

volatile 不能使用在 驗(yàn)證正確性時(shí)需要對可見性進(jìn)行復(fù)雜的判斷，那么就不需要使用volatile變量。

volatile 的正確使用方式 ，1，確保它們自身狀態(tài)的可見性。2，確保它們所引用對象狀態(tài)的可見性，3，以及標(biāo)識一些重要的程序生命周期事件的發(fā)生。

下面給出volatile 的典型用法。

/**
 * CountingSheep
 * 

 * Counting sheep
 *
 * @author Brian Goetz and Tim Peierls
 */
public class CountingSheep {
    volatile boolean asleep;

    void tryToSleep() {
        while (!asleep)
            countSomeSheep();
    }

    void countSomeSheep() {
        // One, two, three...
    }
}

當(dāng)且僅當(dāng)滿足以下所有條件是，才應(yīng)該使用volatile變量：

對變量的寫入操作不依賴變量的當(dāng)前值，或者你能確保只有單個(gè)線程更新變量的值。

該變量不會與其他狀態(tài)變量一起納入不變性條件中。

在訪問變量時(shí)不需要加鎖。

“發(fā)布”一個(gè)對象的意思是指，是對象能夠在當(dāng)前作用域之外的代碼中使用。

“逸出”當(dāng)某個(gè)不應(yīng)該發(fā)布的對象被發(fā)布時(shí)，被稱之為逸出。

發(fā)布一個(gè)對象

/**
 * Secrets
 *
 * Publishing an object
 *
 * @author Brian Goetz and Tim Peierls
 */
class Secrets {
    public static Set knownSecrets;

    public void initialize() {
        knownSecrets = new HashSet();
    }
}


class Secret {
}

使內(nèi)部的可變狀態(tài)逸出（不要這么做 ）

/**
 * UnsafeStates
 * 

 * Allowing internal mutable state to escape
 *
 * @author Brian Goetz and Tim Peierls
 */
class UnsafeStates {
    private String[] states = new String[]{
        "AK", "AL" /*...*/
    };

    public String[] getStates() {
        return states;
    }
}

最后一種發(fā)布的方式， 就是發(fā)布一個(gè)內(nèi)部的類實(shí)例。

/**
    隱式的使this引用逸出（不要這樣做）
 * ThisEscape
 * 

 * Implicitly allowing the this reference to escape
 *
 * @author Brian Goetz and Tim Peierls
 */
public class ThisEscape {
    public ThisEscape(EventSource source) {
        source.registerListener(new EventListener() {
            public void onEvent(Event e) {
                doSomething(e);
            }
        });
    }

    void doSomething(Event e) {
    }


    interface EventSource {
        void registerListener(EventListener e);
    }

    interface EventListener {
        void onEvent(Event e);
    }

    interface Event {
    }
}

使用工廠方法來防止this引用在構(gòu)造函數(shù)中逸出

/**
 * SafeListener
 * 

 * Using a factory method to prevent the this reference from escaping during construction
 *
 * @author Brian Goetz and Tim Peierls
 */
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 safe = new SafeListener();
        source.registerListener(safe.listener);
        return safe;
    }

    void doSomething(Event e) {
    }


    interface EventSource {
        void registerListener(EventListener e);
    }

    interface EventListener {
        void onEvent(Event e);
    }

    interface Event {
    }
}