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

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

實際上，不可變對象只能保證在多線程環境中，對象使用的安全性，并不能夠保證對象的可見性。

先來討論一下可變性，我們考慮下面的一個例子：

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

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

然后我們定義一個類來get和set這個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，我們定義了一個對不可變對象的引用refObject，然后定義了get和set方法。

注意，雖然ImmutableObject這個類本身是不可變的，但是我們對該對象的引用refObject是可變的。這就意味著我們可以調用多次setImmutableObject方法。

再來討論一下可見性。

上面的例子中，在多線程環境中，是不是每次setImmutableObject都會導致getImmutableObject返回一個新的值呢？

答案是否定的。

當把源碼編譯之后，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行指令（在JVM中只要程序的最終執行結果和在嚴格串行環境中執行結果一致，這種重排序是允許的）。并且處理器還有本地緩存，當將結果存儲在本地緩存中，其他線程是無法看到結果的。除此之外緩存提交到主內存的順序也肯能會變化。

怎么解決呢？

最簡單的解決可見性的辦法就是加上volatile關鍵字，volatile關鍵字可以使用java內存模型的happens-before規則，從而保證volatile的變量修改對所有線程可見。

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

另外，使用鎖機制，也可以達到同樣的效果：

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)); }}保證共享變量的復合操作的原子性

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

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int i進行累加操作。但是++實際上是由三個操作組成的：

1.從內存中讀取i的值，并寫入CPU寄存器中。

2.CPU寄存器中將i值+1

3.將值寫回內存中的i中。

如果在單線程環境中，是沒有問題的，但是在多線程環境中，因為不是原子操作，就可能會發生問題。

解決辦法有很多種，第一種就是使用synchronized關鍵字

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Atomic原子類操作的原子性

如果一個方法使用了多個原子類的操作，雖然單個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AtomicInteger，并且分別在update和get操作中對兩個AtomicInteger進行操作。

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

同樣的，我們可以使用同步機制或者鎖來保證數據的一致性。

保證方法調用鏈的原子性

如果我們要創建一個對象的實例，而這個對象的實例是通過鏈式調用來創建的。那么我們需要保證鏈式調用的原子性。

考慮下面的一個例子：

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; }}

很簡單的一個對象，我們定義了三個屬性，每次set都會返回對this的引用。

我們看下在多線程環境下面怎么調用：

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();

因為在多線程環境下，上面的set方法可能會出現混亂的情況。

怎么解決呢？我們可以先創建一個本地的副本，這個副本因為是本地訪問的，所以是線程安全的，最后將副本拷貝給新創建的實例對象。

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();

因為lambda表達式中使用的變量必須是final或者final等效的，所以我們需要構建一個final的數組。

讀寫64bits的值

在java中，64bits的long和double是被當成兩個32bits來對待的。

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

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); }}

因為long的讀寫是分成兩部分進行的，如果在多線程的環境中多次調用setLong和printLong的方法，就有可能會出現問題。

解決辦法本簡單，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內容，更多關于java安全編碼指南之可見性和原子性的資料請關注好吧啦網其它相關文章！