并发编程与高并发（一）：安全发布对象之对象发布与对象逸出

2022-09-14 13:28:39

发布对象

使一个对象能够被当前范围之外的代码所使用的叫做发布对象

import java.util.Arrays;

/**
 * 多线程的场景下无法保证其他线程对states的修改，所以这个对象是线程不安全的
 */
public class PublishNotSafe {
    private String[] states = {"a", "b", "c"};

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

    public static void main(String[] args) {
        PublishNotSafe p = new PublishNotSafe();
        System.out.println("1-" + Arrays.toString(p.getStates()));
        // 1-[a, b, c]
        p.getStates()[0] = "修改之后的值";

        System.out.println("2-" + Arrays.toString(p.getStates()));
        // 2-[修改之后的值, b, c]
    }
}

那么如何保证对象发布的安全性呢，有以下四种方法

在静态初始化函数中初始化一个对象引用

将对象的引用保存到volatile类型或者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

安全发布对象的四种方法

下面以单例模式来说明如何安全发布对象

1.饿汉式单例

/**
 * 饿汉式单例，线程安全
 * 但是每次类初始化的时候就执行构造方法，可能会导致性能下降
 */
public class SingleHungry {
    private static final SingleHungry SINGLE_HUNGRY = new SingleHungry();

    private SingleHungry() {

    }

    public static SingleHungry getSingleHungryInstance() {
        return SINGLE_HUNGRY;
    }
}

2.懒汉式单例

/**
 * 懒汉式单例，线程不安全
 * 调用的时候才会发生初始化，性能略高
 */
public class SingleLazy {
    private static SingleLazy SINGLE_LAZY ;

    private SingleLazy() {

    }

    public static SingleLazy getSingleLazyInstance() {
        // 问题出现在这里，当多线程的场景下没有保证线程安全
        if (SINGLE_LAZY == null) {
            SINGLE_LAZY = new SingleLazy();
            return SINGLE_LAZY;
        }
        return SINGLE_LAZY;
    }
}

3.懒汉式单例 + 双检锁

/**
 * 双检锁
 */
public class SingleDoubleCheckLock {
    private static SingleDoubleCheckLock instance;

    private SingleDoubleCheckLock() {

    }

    // 1.memory = allocate() 分配对象的内存空间
    // 2.ctorInstance() 初始化对象
    // 3.instance = memory 设置instance指向刚分配的内存

    // JVM和CPU进行优化，发生了指令重排序

    // 1.memory = allocate() 分配对象的内存空间
    // 3.instance = memory 设置instance指向刚分配的内存
    // 2.ctorInstance() 初始化对象

    public static SingleDoubleCheckLock getInstance() {
        if (instance == null) {  // 双重检测机制              // B线程执行到这里的时候发现A已经执行到new对象的步骤直接return了一个没有指针的对象
            synchronized (SingleDoubleCheckLock.class) {    // 同步锁
                if (instance == null) {
                    instance = new SingleDoubleCheckLock(); // A线程 - 3
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

4.懒汉式单例 + 双检锁 + volatile

/**
 * 双检锁
 */
public class SingleDoubleCheckLock {
    private static volatile SingleDoubleCheckLock instance;

    private SingleDoubleCheckLock() {

    }

    // 1.memory = allocate() 分配对象的内存空间
    // 2.ctorInstance() 初始化对象
    // 3.instance = memory 设置instance指向刚分配的内存

    public static SingleDoubleCheckLock getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (SingleDoubleCheckLock.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new SingleDoubleCheckLock();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

5.枚举单例

public class SingleEnum {

    public static void main(String[] args) {
        SingleEnum s1 = SingleEnum.getInstance();
        SingleEnum s2 = SingleEnum.getInstance();
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);
    }

    private SingleEnum() {

    }

    public static SingleEnum getInstance() {
        return Singleton.INSTANCE.getInstance();
    }

    private enum Singleton {
        INSTANCE;
        private SingleEnum singleton;
        
        // JVM保证这个方法只会被调用一次
        Singleton() {
            singleton = new SingleEnum();
        }

        public SingleEnum getInstance() {
            return singleton;
        }
    }

}

对象逸出

一种错误的发布。当一个对象还没有构造完成时，就使它被其他线程所见

/**
 * 在EscapeNotSafe没有被正确构造完成时就已经被InnerClass引用到了，可能会出现问题
 * thread2在EscapeNotSafe没有完全发布之前就已经看到它了
 * 不应该直接new InnerClass()，应该采用专有的init方法
 */
public class EscapeNotSafe {
    private int thisCanBeEscape = 0;

    public EscapeNotSafe() {
        // thread2
        new InnerClass();
    }

    private class InnerClass {
        public InnerClass() {
            System.out.println(EscapeNotSafe.this.thisCanBeEscape);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // thread1
        new EscapeNotSafe();
    }
}

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