JAVA并发实战学习笔记——3，4章

JAVA并发实战学习笔记

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第三章 对象的共享

• 失效数据：
  • java程序实际运行中会出现①程序执行顺序对打乱；②数据对其它线程不可见——两种情况
  • 上述两种情况导致在缺乏同步的程序中出现失效数据这一现象，且“失效”这一情况不确定性很大，因为可能出现可能没出现。
  • JVM中没有规定对于64位变量如：long, double 的读写操作必须是原子的，因此不同步的情况下读取该类数据可能得到的值无意义（低32位和高32位没有一起形成完整的数字）
    • 商用的JVM一般会让64位变量的读取原子化。
• 使用volatile修饰变量可以保证变量的可见性，但不会保证互斥性，是比内置锁更弱的同步机制。
  • 在以下两种情况下可以使用volatle保证同步。但是过度依赖volatile会使得代码脆弱、可读性差。
    • 1.只有一个线程对volatile变量实行写操作；
    • 2.变量不需要与其它状态变量共同参与不变约束。
  • 加锁操作兼保证原子性和可见性

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• 发布（将变量的引用保存到其它代码可以访问到的地方）与逸出（不该发布的变量被发布了）：

  • 发布的几种方式：
    • public static A
    • 某个对象A的引用在另一个对象B中，发布B则间接地发布了A
    • 将对象传递给外部方法
    • 发布内部类对象A，A中隐含地包含了外部类对象B

• 逸出

  • 在构造函数中启动了新线程（该对象的内部线程类），使得this指针在实例没有建好时便被其它线程共享了。

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• 线程封闭：线程封闭是一类编程的方法，使得各个线程中的对象是不相互共享的，如：JDBC中的Connection对象
  • Ad-hoc线程封闭：尽量少用，十分脆弱
  • 栈封闭：局部变量由于在运行中是处于线程栈的局部变量表和操作数栈中，所以局部变量无论是否是线程安全，只要其引用不发布出去，都是线程安全的。
    • 以能用局部变量就别用全局的变量，全局变量容易引起并发问题。
  • ThreadLocal类线程封闭：可将ThreadLocal t 看成是Map<Thread,T> t，保存了每个线程到T对象的一份副本，t.get()得到的是initialValue()设定的值。
    • 副本保存在线程中，随着线程的技术被垃圾回收
    • 引入了类之间的耦合性，小心使用
    • ThreadLocal类应用场景示例：移植单线程程序到多线程环境

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• 不变性
  • 满足下列三个条件的对象满足“对象不可变”
    • 创建好后，不提供更改其状态的方法
    • 所有的域都是 final型
    • 对象是正确创建的
  • “对象引用不可变”————相比于对象不可变，对象的内容可以改变，但是对象地址无法改变（即用final修饰的变量）
  • 不可变对象为一系列操作提供弱原子性
    • 只要将参数传入方法，在该方法内就有指向域的引用，其它的线程修改了原对象的域，也不会影响到该方法对原域的访问。

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• 安全发布————确保可以不受JAVA不可见性的影响，得到发布的最新的对象
  • 不可变对象安全发布的方式
    • final域具有特殊的初始化安全性保证，在初始化的时候即使没有同步，也可以保证其可见性。
  • 可变对象安全发布的方式
    • 静态初始化对象(标有static的对象初始化代码是在类初始化阶段执行的，JVM自带线程安全特性)
    • 将对象的引用保存在volatile类型的域中，或者AtomicReference对象中
    • 对象引用存入final类型域中
    • 将对象引用存入某个由锁保护的域中
• 安全访问
  • 事实不可变对象和不可变对象
    • 任意访问
  • 可变对象
    • 访问时需要同步机制，对象需要是线程安全，或者访问前先获得某个锁

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第四章 对象的组合

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• 如何建立线程安全的类
  • 1.收集同步需求————候选范围为对象的域，包括对象中包含的基本类型变量，以及域对象，和域对象内的域
    • 不变性条件
      • 单个变量，即变量的值需要在其合法范围内
      • 多个变量，即多个变量的值之间需要满足某些约束
      • 访问同一个不变性条件中任何一个变量，都需要获得同一个锁，以确保对操作不会破坏不变性条件
    • 后验条件
      • 变量的值转换需要满足的约束
    • 不变性条件和后验条件约束了对象的哪些状态和状态转换是有效的
  • 2.先验条件————即依赖状态的操作

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• 实例封闭————使封装的数据被封闭在另一个对象中，被封闭的对象不超出其作用域？？？？

  • 一般知识

    • 将对实例内封装的对象的访问限制在对象的方法上，以确保线程在访问数据是总能持有正确的锁.
    • 含有线程不安全的内部对象的线程安全类示例：
      • Collections.synchronized***()方法通过装饰器模式将容器封装在一个线程安全的对象中

     
    public class PersonSet{
    
    private final Set myset = new HashSet;
    	public synchronized void addPerson(Person p){
    		myset.add(p);
    	}
    
    	public synchronized boolean containsPerson(Person p){
    		return myset.contains(p);
    	}
    }
    

    • 疑惑之处：
      • 不超出作用域？如何保证方法有合适的返回值呢？觉得很奇怪。
        • 安全发布状态变量的三个条件
          • 1. 状态变量是线程安全的
          • 2. 变量不存在不变性约束
          • 3. 在方法中不包含使得该变量进入不合法状态的操作
      • 而且使用锁同步，和不使对象溢出有什么联系呢？我觉得这就是两个独立的东西，放在一起凑成一节，让人困惑
        • 猜测：要实现非线程封闭的线程安全类，封闭对象是第一步，限制访问方法并使访问方法同步是第二步。
  • Java监视器模式（即私有的所对象，而非内置锁）
    • 好处是不会让外部的方法得到该对象的锁
    • 若容器内的对象是非线程安全的，可以每次发布该对象的时候都深度复制

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• 线程安全性的委托
  • 将线程安全性委托给单个/多个（彼此独立的对象，且所有的方法中都不包含无效状态转换操作）线程安全的状态
  • 若类中包含不符合上一条要求的，包含多个有不
  • 条件约束的状态，实现线程安全性需要加锁机制

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• 在现有的线程安全类中添加新功能
  • 在并发中，能用现成的线程安全类就尽量用；若现成的类满足不了需求，则可能选择添加新功能
  • 四种方法：
    • 改源码 ————不现实
    • 扩展基础类 ———— 在自己的子类新添加的方法中使用内置锁——从这里来看，子类和父类中使用的内置锁应该是同一个，都是真对实例而言的。
      • 缺点：破坏了类的封装性
    • 客户端加锁机制 ———— 了解基础类对象使用的是什么锁，在客户端代码中使用相同的锁
      • 缺点：破坏了同步策略的封装性
    • 组合模式 ————使用装饰器模式将基础类如：list等封装在内部，将list的方法包装一层，使用装饰器类的内置锁。
      • 优点
        • 不会破坏封装性
        • 健壮性更强
        • 即使容器类不是线程安全的，也可以借此实现线程安全
      • 缺点
        • 多加一层锁，效率下降

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• 文档！！！文档！！！————要想使开发和用户使用遵从本类的安全机制，必须有文档记录
  • 设计文档 & 用户文档
  • Java文档中应该注明该类使用的同步机制，应该包含下面一些内容
    • 是否是线程安全的?
    • 客户回调需不需要加锁，可以加那些锁？
    • 哪些锁保护了哪些状态？（设计文档，可以用java注释便于后续开发）

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