有效不可变对象

Question

有效不可变对象

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我希望确保我正确理解Java内存模型中“有效不可变对象”的行为。假设我们有一个可变类，我们想将其发布为有效不可变对象：

class Outworld {
  // This MAY be accessed by multiple threads
  public static volatile MutableLong published;
}

// This class is mutable
class MutableLong {
  private long value;

  public MutableLong(long value) {
    this.value = value;
  }

  public void increment() {
    value++;
  }

  public long get() {
    return value;
  }
}

我们做以下事情：

// Create a mutable object and modify it
MutableLong val = new MutableLong(1);
val.increment();
val.increment();
// No more modifications
// UPDATED: Let's say for this example we are completely sure
//          that no one will ever call increment() since now

// Publish it safely and consider Effectively Immutable
Outworld.published = val;

问题是： Java内存模型是否保证所有线程都必须具有Outworld.published.get() == 3？

根据Java并发实践，这应该是正确的，但如果我错了，请纠正我。

3.5.3. 安全发布惯用语

为了安全地发布对象，必须同时将对象的引用和对象状态对其他线程可见。可以通过以下方式安全地构造对象：
- 从静态初始化器初始化对象引用；
- 将引用存储到volatile字段或AtomicReference中；
- 将引用存储到正确构造的对象的final字段中；或
- 将引用存储到由锁正确保护的字段中。

3.5.4. 有效不可变对象

安全发布的有效不可变对象可以被任何线程安全地使用，无需额外同步。

- Volodymyr Sorokin

请展示在对象引用可见之前建立对象状态的静态初始化程序。 - trashgod

3个回答

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Java内存模型必须满足一些条件才能保证Outworld.published.get() == 3：

您发布的代码片段创建并递增MutableLong，然后设置Outworld.published字段，这个过程必须在步骤之间具有可见性。一个简单的方法是将所有代码运行在单个线程中，从而保证"as-if-serial semantics"。我认为这就是您想要的，但值得指出。
Outworld.published的读取必须从赋值操作之后具有happens-after语义。例如，同一线程执行Outworld.published = val; 然后启动其他线程来读取该值。这将保证"as if serial"语义，防止在赋值之前重新排序读取操作。

如果您能够提供这些保证，那么JMM将保证所有线程都看到Outworld.published.get() == 3。

然而，如果您对此领域的一般程序设计建议感兴趣，请继续阅读。

要确保没有其他线程永远看到不同的Outworld.published.get()值，您（开发人员）必须保证程序不以任何方式修改该值。无论是随后执行Outworld.published = differentVal;还是Outworld.published.increment();。虽然这是可以保证的，但如果您设计代码以避免可变对象和使用静态非final字段作为多个线程的全局访问点，则会更加容易：

不要发布MutableLong，而是将相关值复制到不同类的新实例中，该实例的状态无法修改。例如：引入类ImmutableLong，它在构造时将value分配给final字段，并且没有increment()方法。
不要让多个线程访问静态非final字段，而是将对象作为参数传递给您的Callable/Runnable实现。这将防止一个流氓线程重新分配值并干扰其他线程，并且比静态字段重新分配更容易理解。（诚然，如果您正在处理旧代码，则说起来容易做起来难）。

- Grundlefleck

我完全同意你所说的。同步太容易出错了，我会尽量避免使用它。共享可变性不是设计算法或程序的安全方式。我认为每个程序员都应该花些时间研究函数式编程概念，并将其应用于面向对象的世界中。这绝对是值得的。 - bennidi

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问题是：Java内存模型是否保证所有线程必须具有Outworld.published.get() == 3？

简短的答案是不。因为其他线程可能在读取之前访问Outworld.published。

在执行Outworld.published = val;之后的时刻，在没有对val进行其他修改的情况下，它始终为3。

但是，如果任何线程执行val.increment，则其值可能对其他线程不同。

- Eugene Retunsky

是的，我在谈论的情况是当我们可以将这个对象视为“有效不可变”;也就是说，我们完全确定没有其他线程会在其上调用increment()。我更新了一个例子以使其更具体。 - Volodymyr Sorokin

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可以查看英文原文，
原文链接

- Tom Hawtin - tackline · Accepted Answer

是的。对 MutableLong 进行写操作后，在读取前会有一个 happens-before 关系（在 volatile 上）。

（有可能一个线程不安全地读取了 Outworld.published 并将其传递给另一个线程。理论上，这可能会看到早期状态。但实际上，我没有看到它发生过。）