不可变对象与线程安全初始化安全

Question

来自的注释--在实践中的并发性

任何线程都可以安全地使用不可变对象，而不需要额外的同步，即使不使用同步来发布它们。

我得到的是，它们是线程安全的。

杰里米·曼森博客上的片段-

class String {
  // Don't do this, either.
  static String lastConstructed;
  private final byte[] bytes;
  public String(byte[] value) {
    bytes = new byte[value.length];
    System.arraycopy(value, 0, bytes, 0, value.length);
    lastConstructed = this;         
  }
}

由于此引用存储在lastConstructed“中，因此转义构造函数

当然，如果您使lastConstructed易失性(postJDK5+语义)，它将工作。

其中一个问题是-

如果lastConstructed是不稳定的，但是引用被不安全地发布到另一个线程，那么字符串就不会是不可变的。对吗？

杰里米的回答是-

它不会是线程安全的，因为它是不可变的，但它将是线程安全的，因为lastConstructed是不稳定的。

我完全理解，因为lastConstructed是不稳定的，所以它是线程安全的，但是我没有得到--它不会线程安全，因为它是不可变的。

为什么？在实践中来自并发性的注释说，不可变对象可以安全地被任何线程使用(即线程安全保证)。如果某些东西是不可变的，那么它就是线程安全的。

请建议一下。

Answer 1

一个常见的错误理解是，Java中有对象字段。您只有引用和原语。这意味着

static String lastConstructed;

字段lastConstructed是可变的引用。它的可视性不是线程安全的。拥有不可变对象并不会赋予对该对象的引用任何属性。

同样，如果您有一个final字段，这不会使您的对象不可变。

final Date today = new Date();

today并不是不可变的，仅仅因为您对它进行了一次引用，final。

更微妙的是在使用volatile时，您必须小心您是在读取还是写入易失性值。即使你这么做

volatile Date now = new Date();

now.setTime(System.currentTimeMillis()); // no thread safe.

这不是线程安全的原因有两个。1)对now的访问是读而不是写，其次，在任何情况下，它都发生在写入之前。需要的是后面的写障碍。你看到的似乎是胡说八道的东西。

now = now; // this adds a write barrier.

一个相关的神话是，如果您使用线程安全集合，那么您执行的任何一系列操作都是线程安全的。它有点像仙女的灰尘，你只是把它撒在周围，你的许多but消失了，但这并不意味着你真的是线程安全。

简而言之，线程安全就像一个依赖链，如果访问数据的任何方面都不是线程安全的，那么没有一个是线程安全的。

注意:添加一些线程安全结构可以隐藏线程安全问题，但它并没有解决这些问题，这只是意味着JVM中的一些更改，或者操作系统或硬件将来会破坏您的代码。

Answer 2

尽管@Peter已经解释了设计线程安全和不可变类的细节和问题，并且基于进一步的讨论，我认为这个问题还没有得到直接的回答。所以，我想再详细阐述一下：

理解“不可变对象可以被任何线程安全使用”这一短语的主要问题是，它本身是不完整的。它所依赖的前提是，任何对象也必须安全发布才能实现线程安全。不可变对象也不例外。因此，完整的短语应该是“不可变的，安全发布的对象可以安全地被任何线程使用”。

String示例中的问题是，它允许对对象的引用从构造函数中转义，从而向其他线程呈现潜在无效的对象状态。例如，如果编译器出于性能原因决定优化构造函数并重新排列操作，则如下所示：

public String(byte[] value) {
    bytes = new byte[value.length];
    lastConstructed = this;         
    System.arraycopy(value, 0, bytes, 0, value.length);
}

其他一些读取lastConstructed的线程将能够看到未完全构造的字符串。因此，类并不是线程安全的，即使它的实例是不可变的。

在这里，我们谈到了“它不会是线程安全的，因为它是不变的”这个短语的意思。这意味着不变性本身并不能保证线程安全，并通过实例证明了这一点。

使lastConstructed易失性将迫使编译器发出一个内存屏障，以防止优化器以上述方式重新安排操作。它将确保数组复制总是在赋值lastConstructed = this之前进行。因此，另一个线程，即读取lastConstructed的线程，将永远不会看到构造不足的字符串。它还将确保其他线程始终读取lastConstructed的实际值。这就是为什么在这种特殊情况下，“它将是线程安全的，因为lastConstructed是不稳定的”。