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Java并發(fā)，volatile+不可變?nèi)萜鲗?duì)象能保證線程安全么？！

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摘要：同樣，用類(lèi)型的變量來(lái)保存這些值也不是線程安全的。僅保證可見(jiàn)性，無(wú)法保證線程安全性。并且返回的結(jié)果是對(duì)象，是局部變量，并未使對(duì)象逸出，所以這里也是線程安全的。

《Java并發(fā)編程實(shí)戰(zhàn)》第3章原文 《Java并發(fā)編程實(shí)戰(zhàn)》中3.4.2　示例：使用Volatile類(lèi)型來(lái)發(fā)布不可變對(duì)象

在前面的UnsafeCachingFactorizer類(lèi)中，我們嘗試用兩個(gè)AtomicReferences變量來(lái)保存最新的數(shù)值及其因數(shù)分解結(jié)果，但這種方式并非是線程安全的，因?yàn)槲覀儫o(wú)法以原子方式來(lái)同時(shí)讀取或更新這兩個(gè)相關(guān)的值。同樣，用volatile類(lèi)型的變量來(lái)保存這些值也不是線程安全的。然而，在某些情況下，不可變對(duì)象能提供一種弱形式的原子性。
因式分解Servlet將執(zhí)行兩個(gè)原子操作：更新緩存的結(jié)果，以及通過(guò)判斷緩存中的數(shù)值是否等于請(qǐng)求的數(shù)值來(lái)決定是否直接讀取緩存中的因數(shù)分解結(jié)果。每當(dāng)需要對(duì)一組相關(guān)數(shù)據(jù)以原子方式執(zhí)行某個(gè)操作時(shí)，就可以考慮創(chuàng)建一個(gè)不可變的類(lèi)來(lái)包含這些數(shù)據(jù)，例如程序清單3-12中的OneValueCache。

程序清單 3-12　對(duì)數(shù)值及其因數(shù)分解結(jié)果進(jìn)行緩存的不可變?nèi)萜黝?lèi)
@Immutable  
class OneValueCache {  
   private final BigInteger lastNumber;  
   private final BigInteger[] lastFactors;  
 
   public OneValueCache(BigInteger i,  
                        BigInteger[] factors) {  
       lastNumber  = i;  
       lastFactors = Arrays.copyOf(factors, factors.length);  
   }  
 
   public BigInteger[] getFactors(BigInteger i) {  
       if (lastNumber == null || !lastNumber.equals(i))  
           return null;  
       else  
           return Arrays.copyOf(lastFactors, lastFactors.length);  
   }  
}

對(duì)于在訪問(wèn)和更新多個(gè)相關(guān)變量時(shí)出現(xiàn)的競(jìng)爭(zhēng)條件問(wèn)題，可以通過(guò)將這些變量全部保存在一個(gè)不可變對(duì)象中來(lái)消除。如果是一個(gè)可變的對(duì)象，那么就必須使用鎖來(lái)確保原子性。如果是一個(gè)不可變對(duì)象，那么當(dāng)線程獲得了對(duì)該對(duì)象的引用后，就不必?fù)?dān)心另一個(gè)線程會(huì)修改對(duì)象的狀態(tài)。如果要更新這些變量，那么可以創(chuàng)建一個(gè)新的容器對(duì)象，但其他使用原有對(duì)象的線程仍然會(huì)看到對(duì)象處于一致的狀態(tài)。
程序清單3-13中的VolatileCachedFactorizer使用了OneValueCache來(lái)保存緩存的數(shù)值及其因數(shù)。當(dāng)一個(gè)線程將volatile類(lèi)型的cache設(shè)置為引用一個(gè)新的OneValueCache時(shí)，其他線程就會(huì)立即看到新緩存的數(shù)據(jù)。

程序清單 3-13　使用指向不可變?nèi)萜鲗?duì)象的volatile類(lèi)型引用以緩存最新的結(jié)果
@ThreadSafe  
public class VolatileCachedFactorizer implements Servlet {  
   private volatile OneValueCache cache =  
       new OneValueCache(null, null);  
 
   public void service(ServletRequest req, ServletResponse resp) {  
       BigInteger i = extractFromRequest(req);  
       BigInteger[] factors = cache.getFactors(i);  
       if (factors == null) {  
           factorfactors = factor(i);  
           cache = new OneValueCache(i, factors);  
       }  
       encodeIntoResponse(resp, factors);  
   }  
}

與cache相關(guān)的操作不會(huì)相互干擾，因?yàn)镺neValueCache是不可變的，并且在每條相應(yīng)的代碼路徑中只會(huì)訪問(wèn)它一次。
通過(guò)使用包含多個(gè)狀態(tài)變量的容器對(duì)象來(lái)維持不變性條件，并使用一個(gè)volatile類(lèi)型的引用來(lái)確保可見(jiàn)性，使得VolatileCachedFactorizer在沒(méi)有顯式地使用鎖的情況下仍然是線程安全的。

分析

程序清單3-13中存在『先檢查后執(zhí)行』（Check-Then-Act）的競(jìng)態(tài)條件。

OneValueCache類(lèi)的不可變性僅保證了對(duì)象的原子性。

volatile僅保證可見(jiàn)性，無(wú)法保證線程安全性。

綜上，對(duì)象的不可變性+volatile可見(jiàn)性，并不能解決競(jìng)態(tài)條件的并發(fā)問(wèn)題，所以原文的這段結(jié)論是錯(cuò)誤的。

更新

疑惑已經(jīng)解決了。

結(jié)論：
cache對(duì)象在service()中只有一處寫(xiě)操作（創(chuàng)建新的cache對(duì)象），其余都是讀操作，這里符合volatile的應(yīng)用場(chǎng)景，確保cache對(duì)象對(duì)其他線程的可見(jiàn)性，不會(huì)出現(xiàn)并發(fā)讀的問(wèn)題。并且返回的結(jié)果是factors對(duì)象，factors是局部變量，并未使cache對(duì)象逸出，所以這里也是線程安全的。

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