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Race condition--Java Concurrency In Practice C02读书笔记

 2012/3/28 17:30:38  coolxing  程序员俱乐部  我要评论(0)
  • 摘要:[本文是我对JavaConcurrencyInPractice第二章的归纳和总结,转载请注明作者和出处,如有谬误,欢迎在评论中指正.]多线程环境下,无需调用方进行任何同步处理也能保证正确性的类是线程安全的类无状态的对象是线程安全的。无状态是指没有成员变量。由于方法的局部变量都是在线程私有的栈中分配的,因此在一个线程中调用无状态对象的方法,不会影响到其他线程。racecondition:正确性依赖于事件发生的相对时间。check-and-act是racecondition中的一种
  • 标签:笔记 读书笔记 Java

[本文是我对Java Concurrency In Practice第二章的归纳和总结,??转载请注明作者和出处,??如有谬误, 欢迎在评论中指正.?]

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线程环境下,无需调用方进行任何同步处理也能保证正确性的类是线程安全的类

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无状态的对象是线程安全的。无状态是指没有成员变量。由于方法的局部变量都是在线程私有的栈中分配的,因此在一个线程中调用无状态对象的方法,不会影响到其他线程。

?

race condition: 正确性依赖于事件发生的相对时间。

check-and-act是race condition中的一种,指的是基于check的结果进行操作。由于check和act并非是原子的,进行act时check的结果可能已经无效,那么基于check所进行的act就可能带来问题。

见如下的lazy单例类:

public class LazyInitRace {
	private static ExpensiveObject instance = null;
	public static ExpensiveObject getInstance() {
		// if语句是一个check-and-act操作
		if (instance == null) {
			instance = new ExpensiveObject();
		}
		return instance;
	}
}
?这是一个check-and-act的典型例子:首先判断instance是否为null,如果是就创建ExpensiveObject对象,否则直接返回instance。但是判断和创建并非原子操作,假设线程1判断出instance为null,要是另一个线程紧接着创建了ExpensiveObject对象,那么线程1的判断就失效了,基于判断结果所进行的创建操作就会导致程序中存在多个ExpensiveObject对象--这违背了单例模式的初衷。

?

Read‐modify‐write也是race condition中的一种,指的是读取某个变量的值,修改后写回。这显然不是一个原子操作,如果B线程在A线程read之后write之前修改了变量的值,那么A线程read的结果就失效了,基于read所做的modify就可能带来问题。

见如下的servlet:

public class CountingFactorizer implements Servlet {
	private final long count = 0;
	public void service(ServletRequest req, ServletResponse resp) {
		BigInteger i = extractFromRequest(req);
		BigInteger[] factors = factor(i);
		// // 自增语句是一个Read‐modify‐write操作
		count++;
		encodeIntoResponse(resp, factors);
	}
}
?

使用java提供的同步机制,将check-and-act或者Read‐modify‐write转换为原子操作,则可以避免race condition造成的错误

使用同步机制改进LazyInitRace和CountingFactorizer类,使之成为线程安全的类:

public class LazyInitRace {
	private static ExpensiveObject instance = null;

	public static ExpensiveObject getInstance() {
		// 使用synchronized将check-and-act操作转换为原子操作
		if (instance == null) {
			synchronized (LazyInitRace.class) {
				if (instance == null) {
					instance = new ExpensiveObject();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

public class CountingFactorizer implements Servlet {
	private final AtomicLong count = new AtomicLong(0);
	public void service(ServletRequest req, ServletResponse resp) {
		BigInteger i = extractFromRequest(req);
		BigInteger[] factors = factor(i);
		// 使用long对应的原子类AtomicLong,将Read‐modify‐write操作转换为原子操作
		count.incrementAndGet();
		encodeIntoResponse(resp, factors);
	}
}
?

对于只有一个成员变量的对象,成员的状态就是对象的状态。如果涉及到该成员的操作都是原子的,那么该类就是一个线程安全的类。比如以上的LazyInitRace类,其只有一个成员变量instance,且涉及instance的操作是原子的,因此LazyInitRace类是一个线程安全的类。

是否可以类推出,只要类的每一个成员变量的操作都是原子的,类就是线程安全的?不行。

因为每一个成员的操作都是原子的,不能保证所有涉及到成员的操作整体上是原子的。例如:

public class UnsafeCachingFactorizer implements Servlet {
	private final AtomicReference<BigInteger> lastNumber = new AtomicReference<BigInteger>();
	private final AtomicReference<BigInteger[]> lastFactors = new AtomicReference<BigInteger[]>();
	public void service(ServletRequest req, ServletResponse resp) {
		BigInteger i = extractFromRequest(req);
		// 优先使用缓存
		if (i.equals(lastNumber.get()))
			encodeIntoResponse(resp, lastFactors.get() );
		else {
			BigInteger[] factors = factor(i);
			// 将最后一次的计算结果缓存起来
			lastNumber.set(i);
			lastFactors.set(factors);
			encodeIntoResponse(resp, factors);
		}
	}
}
?UnsafeCachingFactorizer类的2个成员lastNumber和lastFactors的set()和get()方法是原子的,但是该类不是线程安全的。因为从整体上看,2次写入和2次读取都不是同时进行的,UnsafeCachingFactorizer类仍然存在race condition.

?

java的synchronized机制使用的锁是可重入锁,即同一个线程可以多次申请持有同一把锁而不会引起死锁。假设A线程持有lock,那么如果B线程申请lock锁,B线程就会被阻塞。但是如果A线程再次申请已经持有的lock锁,该申请将获得通过,这就是所谓的同一线程可多次获取同一把锁。作为锁的对象,不仅需要标识锁的所有者,也需要标识所有者持有的计数。如果所有者线程刚刚申请到锁,则计数器的值为1,每重新获取一次,计数器的值加1,每退出一个同步代码块,计数器的值减1. 当计数器的值减为0时,所有者线程才释放锁。可重入锁的设计是为了防止因申请已持有的锁而造成死锁,例如:

public class Widget {
	public synchronized void doSomething() {
		...
	}
}
public class LoggingWidget extends Widget {
	public synchronized void doSomething() {
		System.out.println(toString() + ": calling doSomething");
		super.doSomething();
	}
}
?如果java中的锁不是可重入的,那么调用LoggingWidget对象的doSomething方法就会导致死锁。

?

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