Java并发编程（九）安全发布

之前讨论是如何将对象封闭在线程之中，这样可以减少一些并发带来的同步和可见性问题。但是在有些时候，我们希望在多个线程间共享对象，此时必须确保安全地进行共享。

【不安全发布的示例】

可见性问题；其他线程看到的是不一致的状态；对象尚未创建完成就发布出去了。

不正确的发布：正确的对象被破坏

上被完全创建的对象还没有完整性，此时发布出去将使其他线程看到的是不一致的状态，然后看到对象的状态突然发生变化，即使线程在对象发布后还没有修改过它。

【示例代码】

未正确发布对象可能有两种情况：

1. 其他线程看到的对象的域可能是一个空引用，或者之前的旧值；

2. 更糟糕的情况是，线程看到的对象的引用是最新的，但是对象状态的值却是失效；

3. 线程在第一次读取域时得到的失效值，再次读取的时候会得到一个更新值。

不可变对象与初始化安全性

由于不可变对象是一种非常重要的对象，因此Java内存模型为不可变对象的共享提供了一种特殊的初始化安全性保证。（啥保证）

为了确保对象状态能呈现出一致性的视图，就必须使用同步。

另一方面，即使在发布不可变对象的引用时没有使用同步，也仍然可以安全地访问该对象。

为了维持这种初始化安全性的保证，必须满足不可变性的所有需求：状态不可修改，所有域有事final类型，以及正确的构造过程。

Object的构造函数会在子类构造函数运行之前先将默认值写入所有的域，因此某个域的默认值可能被视为失效值。

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。

这种保证还将延伸到被正确创建对象中所有fianl类型的域。在没有额外同步的情况下，也可以安全地访问fianl类型的域。然而，如果fianl类型的域所指向的是可变对象，那么在访问这些域所指向的对象的状态仍然需要同步。

安全发布的常用模式

可变对象必须通过安全的方式来发布，这通常意味着在发布和使用该对象的线程时都必须使用同步。

使用对象的线程能够看到该对象处于已发布的状态，并稍后介绍如何在对象发布后对其可见性进行修改。

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。

（以前从未考虑过对象的引用和对象的状态的关系，引用不是一定可以拿到对象的状态么？原来不是这样的）

• 在静态初始化函数中初始化一个对象的引用。
• 将对象的引用保持到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，将对象放入到某个容器，例如Vector或synchronizedList时，将满足最后一条需求。如果线程A将对象X放入到一个线程安全的容器，随后线程B读取这个对象，那么可以确保B看到A设置的X状态，即便在这段读/写X的应用程序代码中没有包含显式的同步。

通过讲一个键或者值放入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。

类库中的其他数据传递机制（例如Future和Exchanger）同样能实现安全发布。

通常要发布一个静态构造的对象，最简单和最安全的方式是使用静态的初始化：

【代码演示】

静态初始化由JVM在类的初始化阶段执行。由于在JVM内部存在着同步机制，因此通过这种方式初始化的任何对象都可以被安全地发布。

事实不可变对象

如果对象在发布之后不会被修改，那么对于其他在没有额外同步的情况下安全地访问这些对象的线程来说，安全发布时足够的。如果一个对象从技术上来说的可变的，但是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（Effectively Immutable Object）“。

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。

比如Date本身是可变的，但如果将它作为不可变对象来使用，那么在多个线程之间共享Date对象时，就可以省去对锁的使用。

可变对象

对于可变对象，不仅在发布对象时需要使用同步，而且在每次对象访问时同样需要使用同步来确保后续修改操作的可见性。要安全地共享可变对象，这些对象就必须被安全地发布，而且必须是线程安全地或者由某个锁保护起来。

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发布，并且必须是线程安全的或者由某个锁保护起来。

安全地共享对象

当获得一个对象的引用时，你需要知道这个引用上可以执行哪些操作。在使用它之前是否需要获得一个锁？是否可以修改它的状态，或者只能读取它？许多并发错误都是由于没有理解共享对象的这些“既定规则”而导致的。当发布一个对象时，必须明确说明对象的访问方式。

在并发程序使用和共享对象时，可以使用一些策略：

线程封闭：线程封闭的对象只能有一个线程拥有，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。