目錄不可變對(duì)象的可見性保證共享變量的復(fù)合操作的原子性保證多個(gè)Atomic原子類操作的原子性保證方法調(diào)用鏈的原子性讀寫64bits的值不可變對(duì)象的可見性

不可變對(duì)象就是初始化之后不能夠被修改的對(duì)象，那么是不是類中引入了不可變對(duì)象，所有對(duì)不可變對(duì)象的修改都立馬對(duì)所有線程可見呢？

實(shí)際上，不可變對(duì)象只能保證在多線程環(huán)境中，對(duì)象使用的安全性，并不能夠保證對(duì)象的可見性。

先來討論一下可變性，我們考慮下面的一個(gè)例子：

public final class ImmutableObject { private final int age; public ImmutableObject(int age){this.age=age; }}

我們定義了一個(gè)ImmutableObject對(duì)象，class是final的，并且里面的唯一字段也是final的。所以這個(gè)ImmutableObject初始化之后就不能夠改變。

然后我們定義一個(gè)類來get和set這個(gè)ImmutableObject：

public class ObjectWithNothing { private ImmutableObject refObject; public ImmutableObject getImmutableObject(){return refObject; } public void setImmutableObject(int age){this.refObject=new ImmutableObject(age); }}

上面的例子中，我們定義了一個(gè)對(duì)不可變對(duì)象的引用refObject，然后定義了get和set方法。

注意，雖然ImmutableObject這個(gè)類本身是不可變的，但是我們對(duì)該對(duì)象的引用refObject是可變的。這就意味著我們可以調(diào)用多次setImmutableObject方法。

再來討論一下可見性。

上面的例子中，在多線程環(huán)境中，是不是每次setImmutableObject都會(huì)導(dǎo)致getImmutableObject返回一個(gè)新的值呢？

答案是否定的。

當(dāng)把源碼編譯之后，在編譯器中生成的指令的順序跟源碼的順序并不是完全一致的。處理器可能采用亂序或者并行的方式來執(zhí)行指令（在JVM中只要程序的最終執(zhí)行結(jié)果和在嚴(yán)格串行環(huán)境中執(zhí)行結(jié)果一致，這種重排序是允許的）。并且處理器還有本地緩存，當(dāng)將結(jié)果存儲(chǔ)在本地緩存中，其他線程是無法看到結(jié)果的。除此之外緩存提交到主內(nèi)存的順序也肯能會(huì)變化。

怎么解決呢？

最簡(jiǎn)單的解決可見性的辦法就是加上volatile關(guān)鍵字，volatile關(guān)鍵字可以使用java內(nèi)存模型的happens-before規(guī)則，從而保證volatile的變量修改對(duì)所有線程可見。

public class ObjectWithVolatile { private volatile ImmutableObject refObject; public ImmutableObject getImmutableObject(){return refObject; } public void setImmutableObject(int age){this.refObject=new ImmutableObject(age); }}

另外，使用鎖機(jī)制，也可以達(dá)到同樣的效果：

public class ObjectWithSync { private ImmutableObject refObject; public synchronized ImmutableObject getImmutableObject(){return refObject; } public synchronized void setImmutableObject(int age){this.refObject=new ImmutableObject(age); }}

最后，我們還可以使用原子類來達(dá)到同樣的效果：

public class ObjectWithAtomic { private final AtomicReference<ImmutableObject> refObject= new AtomicReference<>(); public ImmutableObject getImmutableObject(){return refObject.get(); } public void setImmutableObject(int age){refObject.set(new ImmutableObject(age)); }}保證共享變量的復(fù)合操作的原子性

如果是共享對(duì)象，那么我們就需要考慮在多線程環(huán)境中的原子性。如果是對(duì)共享變量的復(fù)合操作，比如：++, -- *=, /=, %=, +=, -=, <<=, >>=, >>>=, ^= 等，看起來是一個(gè)語句，但實(shí)際上是多個(gè)語句的集合。

我們需要考慮多線程下面的安全性。

考慮下面的例子：

public class CompoundOper1 { private int i=0; public int increase(){i++;return i; }}

例子中我們對(duì)int i進(jìn)行累加操作。但是++實(shí)際上是由三個(gè)操作組成的：

1.從內(nèi)存中讀取i的值，并寫入CPU寄存器中。

2.CPU寄存器中將i值+1

3.將值寫回內(nèi)存中的i中。

如果在單線程環(huán)境中，是沒有問題的，但是在多線程環(huán)境中，因?yàn)椴皇窃硬僮鳎涂赡軙?huì)發(fā)生問題。

解決辦法有很多種，第一種就是使用synchronized關(guān)鍵字

public synchronized int increaseSync(){ i++; return i;}

第二種就是使用lock：

private final ReentrantLock reentrantLock=new ReentrantLock();public int increaseWithLock(){ try{reentrantLock.lock();i++;return i; }finally {reentrantLock.unlock(); }}

第三種就是使用Atomic原子類：

private AtomicInteger atomicInteger=new AtomicInteger(0);public int increaseWithAtomic(){ return atomicInteger.incrementAndGet();}保證多個(gè)Atomic原子類操作的原子性

如果一個(gè)方法使用了多個(gè)原子類的操作，雖然單個(gè)原子操作是原子性的，但是組合起來就不一定了。

我們看一個(gè)例子：

public class CompoundAtomic { private AtomicInteger atomicInteger1=new AtomicInteger(0); private AtomicInteger atomicInteger2=new AtomicInteger(0); public void update(){atomicInteger1.set(20);atomicInteger2.set(10); } public int get() {return atomicInteger1.get()+atomicInteger2.get(); }}

上面的例子中，我們定義了兩個(gè)AtomicInteger，并且分別在update和get操作中對(duì)兩個(gè)AtomicInteger進(jìn)行操作。

雖然AtomicInteger是原子性的，但是兩個(gè)不同的AtomicInteger合并起來就不是了。在多線程操作的過程中可能會(huì)遇到問題。

同樣的，我們可以使用同步機(jī)制或者鎖來保證數(shù)據(jù)的一致性。

保證方法調(diào)用鏈的原子性

如果我們要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)對(duì)象的實(shí)例，而這個(gè)對(duì)象的實(shí)例是通過鏈?zhǔn)秸{(diào)用來創(chuàng)建的。那么我們需要保證鏈?zhǔn)秸{(diào)用的原子性。

考慮下面的一個(gè)例子：

public class ChainedMethod { private int age=0; private String name=''; private String adress=''; public ChainedMethod setAdress(String adress) {this.adress = adress;return this; } public ChainedMethod setAge(int age) {this.age = age;return this; } public ChainedMethod setName(String name) {this.name = name;return this; }}

很簡(jiǎn)單的一個(gè)對(duì)象，我們定義了三個(gè)屬性，每次set都會(huì)返回對(duì)this的引用。

我們看下在多線程環(huán)境下面怎么調(diào)用：

ChainedMethod chainedMethod= new ChainedMethod();Thread t1 = new Thread(() -> chainedMethod.setAge(1).setAdress('www.flydean.com1').setName('name1'));t1.start();Thread t2 = new Thread(() -> chainedMethod.setAge(2).setAdress('www.flydean.com2').setName('name2'));t2.start();

因?yàn)樵诙嗑€程環(huán)境下，上面的set方法可能會(huì)出現(xiàn)混亂的情況。

怎么解決呢？我們可以先創(chuàng)建一個(gè)本地的副本，這個(gè)副本因?yàn)槭潜镜卦L問的，所以是線程安全的，最后將副本拷貝給新創(chuàng)建的實(shí)例對(duì)象。

主要的代碼是下面樣子的：

public class ChainedMethodWithBuilder { private int age=0; private String name=''; private String adress=''; public ChainedMethodWithBuilder(Builder builder){this.adress=builder.adress;this.age=builder.age;this.name=builder.name; } public static class Builder{private int age=0;private String name='';private String adress='';public static Builder newInstance(){ return new Builder();}private Builder() {}public Builder setName(String name) { this.name = name; return this;}public Builder setAge(int age) { this.age = age; return this;}public Builder setAdress(String adress) { this.adress = adress; return this;}public ChainedMethodWithBuilder build(){ return new ChainedMethodWithBuilder(this);} }

我們看下怎么調(diào)用：

final ChainedMethodWithBuilder[] builder = new ChainedMethodWithBuilder[1];Thread t1 = new Thread(() -> { builder[0] =ChainedMethodWithBuilder.Builder.newInstance().setAge(1).setAdress('www.flydean.com1').setName('name1').build();});t1.start();Thread t2 = new Thread(() ->{ builder[0] =ChainedMethodWithBuilder.Builder.newInstance().setAge(1).setAdress('www.flydean.com1').setName('name1').build();});t2.start();

因?yàn)閘ambda表達(dá)式中使用的變量必須是final或者final等效的，所以我們需要構(gòu)建一個(gè)final的數(shù)組。

讀寫64bits的值

在java中，64bits的long和double是被當(dāng)成兩個(gè)32bits來對(duì)待的。

所以一個(gè)64bits的操作被分成了兩個(gè)32bits的操作。從而導(dǎo)致了原子性問題。

考慮下面的代碼：

public class LongUsage { private long i =0; public void setLong(long i){this.i=i; } public void printLong(){System.out.println('i='+i); }}

因?yàn)閘ong的讀寫是分成兩部分進(jìn)行的，如果在多線程的環(huán)境中多次調(diào)用setLong和printLong的方法，就有可能會(huì)出現(xiàn)問題。

解決辦法本簡(jiǎn)單，將long或者double變量定義為volatile即可。

private volatile long i = 0;

以上就是詳解java安全編碼指南之可見性和原子性的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于java安全編碼指南之可見性和原子性的資料請(qǐng)關(guān)注好吧啦網(wǎng)其它相關(guān)文章！