使用Volatile变量来安全发布不可变对象

Question

我看到了这个陈述：

在正确构造的对象中，所有线程将看到最终字段的正确值，无论对象如何发布。

那么为什么需要使用volatile变量来安全地发布一个Immutable对象？

我真的很困惑。有人能用一个合适的例子来解释一下吗？

- softwarematter

Answer 1

在这种情况下，volatile 只能确保新对象的可见性；任何通过非 volatile 字段获取您的对象的其他线程都会根据 JSR-133 的初始化安全保证看到正确的 final 字段值。尽管如此，将变量设为 volatile 不会有害，从内存管理角度来看是正确的；对于在构造函数中初始化的非 final 字段，则确实需要使用 volatile（虽然不应该在不可变对象中存在这些字段）。如果您希望在线程之间共享变量，则需要确保足够的同步以提供可见性；尽管在这种情况下，您是正确的，构造函数的原子性不会受到威胁。感谢 Tom Hawtin 指出我完全忽略了 final 字段上的 JMM 保证；之前的错误答案如下所示。

---

volatile变量的原因是它在对象构造和变量赋值之间建立了一个happens-before关系（根据Java内存模型）。这可以实现两个目标：

1. 来自不同线程的后续变量读取保证看到新值。如果没有将变量标记为volatile，则这些线程可能会看到引用的陈旧值。
2. happens-before关系限制了编译器可以进行的重排序。如果没有volatile变量，则变量的赋值可能会在对象的构造函数运行之前发生，因此其他线程可能会在完全构造对象之前获取对该对象的引用。

由于不可变对象的基本规则之一是在构造函数期间不发布引用，因此可能正在引用第二点。在没有适当并发处理的多线程环境中，有可能在构建对象之前“发布”对象的引用。因此，另一个线程可以获取该对象，看到其字段之一为null，然后稍后看到这个“不可变”对象已更改。

请注意，如果您具有其他适当的同步原语，则无需使用volatile字段来实现此目的-例如，如果赋值（以及所有后续读取）在给定监视器上的同步块中完成-但在“独立”意义上，将变量标记为 volatile 是告诉JVM“这可能被多个线程读取，请在该上下文中使分配安全”的最简单方法。

- Andrzej Doyle

---

JVM规范的final-field语义意味着，安全地发布（适当设计的）不可变对象是安全的。您可能有进一步的原因将引用分配给volatile字段，但如果没有它，您将看不到未初始化的final字段。 - Tom Hawtin - tackline

@Tom - 很好的观点，完全否定了我的答案。我会适当更新。 - Andrzej Doyle

这个线程如何保证安全？因为final字段是可变的，其他线程可能会看到不同的值，对吗？ - amarnath harish

Answer 2

一个对不可变对象的易失引用可能会很有用。这将允许您交换一个对象以使新数据对其他线程可用。

但是，我建议您首先查看使用AtomicReference。

如果您需要最终易失字段，则存在问题。所有字段（包括final字段）在构造函数返回时立即对其他线程可用。因此，如果您在构造函数中将对象传递给另一个线程，那么该线程可能会看到不一致的状态。在我看来，您应该考虑使用不同的解决方案，以便无需这样做。

- Peter Lawrey

Answer 3

在Immutable类中，你无法真正看到差异。请看下面的例子，在Myclass.class中。

    public static Foo getInstance(){
    if(INSTANCE == null){
        INSTANCE = new Foo();
    }

    return INSTANCE;
}

在上述代码中，如果Foo被声明为final (final Foo INSTANCE;)，它将确保不会在构造函数调用期间发布引用。部分对象构建是不可能的。

考虑这个例子...如果Myclass是不可变的，那么在对象构造之后它的状态就不会改变，使得Volatile关键字(volatile final Foo INSTANCE;)变得多余。但是如果这个类允许其对象状态被更改（非不可变），则多个线程可以实际上更新对象，并且一些更新对其他线程不可见，因此volatile关键字确保了非不可变类中对象的安全发布。

- amarnath harish