Java多線程編程的常見陷阱
1、在構(gòu)造函數(shù)中啟動線程
我在很多代碼中都看到這樣的問題，在構(gòu)造函數(shù)中啟動一個線程，類似這樣：
- public class A{
- public A(){
- this.x=1;
- this.y=2;
- this.thread=new MyThread();
- this.thread.start();
- }
- }
這個會引起什么問題呢？如果有個類B繼承了類A，依據(jù)java類初始化的順序，A的構(gòu)造函數(shù)一定會在B的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用前被調(diào)用，那么thread線程也將在B被完全初始化之前啟動，當(dāng)thread運行時使用到了類A中的某些變量，那么就可能使用的不是你預(yù)期中的值，因為在B的構(gòu)造函數(shù)中你可能賦給這些變量新的值。也就是說此時將有兩個線程在使用這些變量，而這些變量卻沒有同步。
解決這個問題有兩個辦法：將A設(shè)置為final，不可繼承；或者提供單獨的start方法用來啟動線程，而不是放在構(gòu)造函數(shù)中。
2、不完全的同步
都知道對一個變量同步的有效方式是用synchronized保護起來，synchronized可能是對象鎖，也可能是類鎖，看你是類方法還是實例方法。但是，當(dāng)你將某個變量在A方法中同步，那么在變量出現(xiàn)的其他地方，你也需要同步，除非你允許弱可見性甚至產(chǎn)生錯誤值。類似這樣的代碼：
- class A{
- int x;
- public int getX(){
- return x;
- }
- public synchronized void setX(int x)
- {
- this.x=x;
- }
- }
x的setter方法有同步，然而getter方法卻沒有，那么就無法保證其他線程通過getX得到的x是***的值。事實上，這里的setX的同步是沒有必要的，因為對int的寫入是原子的，這一點JVM規(guī)范已經(jīng)保證，多個同步?jīng)]有任何意義；當(dāng)然，如果這里不是int，而是double或者long，那么getX和setX都將需要同步，因為double和long都是64位，寫入和讀取都是分成兩個32位來進行(這一點取決于jvm的實現(xiàn)，有的jvm實現(xiàn)可能保證對long和double的read、write是原子的），沒有保證原子性。類似上面這樣的代碼，其實都可以通過聲明變量為volatile來解決。
3、在使用某個對象當(dāng)鎖時，改變了對象的引用，導(dǎo)致同步失效。
這也是很常見的錯誤，類似下面的代碼：
- synchronized(array[0])
- {
- ......
- array[0]=new A();
- ......
- }
同步塊使用array[0]作為鎖，然而在同步塊中卻改變了array[0]指向的引用。分析下這個場景，***個線程獲取了array[0]的鎖，第二個線程因為無法獲取array[0]而等待，在改變了array[0]的引用后，第三個線程獲取了新的array[0]的鎖，***和第三兩個線程持有的鎖是不一樣的，同步互斥的目的就完全沒有達到了。這樣代碼的修改，通常是將鎖聲明為final變量或者引入業(yè)務(wù)無關(guān)的鎖對象，保證在同步塊內(nèi)不會被修改引用。
4、沒有在循環(huán)中調(diào)用wait()。
wait和notify用于實現(xiàn)條件變量，你可能知道需要在同步塊中調(diào)用wait和notify，為了保證條件的改變能做到原子性和可見性。常常看見很多代碼做到了同步，卻沒有在循環(huán)中調(diào)用wait，而是使用if甚至沒有條件判斷：
- synchronized(lock)
- {
- if(isEmpty()
- lock.wait();
- }
對條件的判斷是使用if，這會造成什么問題呢？在判斷條件之前可能調(diào)用notify或者notifyAll，那么條件已經(jīng)滿足，不會等待，這沒什么問題。在條件沒有滿足，調(diào)用了wait()方法，釋放lock鎖并進入等待休眠狀態(tài)。如果線程是在正常情況下，也就是條件被改變之后被喚醒，那么沒有任何問題，條件滿足繼續(xù)執(zhí)行下面的邏輯操作。問題在于線程可能被意外甚至惡意喚醒，由于沒有再次進行條件判斷，在條件沒有被滿足的情況下，線程執(zhí)行了后續(xù)的操作。意外喚醒的情況，可能是調(diào)用了notifyAll，可能是有人惡意喚醒，也可能是很少情況下的自動蘇醒（稱為“偽喚醒”)。因此為了防止這種條件沒有滿足就執(zhí)行后續(xù)操作的情況，需要在被喚醒后再次判斷條件，如果條件不滿足，繼續(xù)進入等待狀態(tài)，條件滿足，才進行后續(xù)操作。
- synchronized(lock)
- {
- while(isEmpty()
- lock.wait();
- }
沒有進行條件判斷就調(diào)用wait的情況更嚴重，因為在等待之前可能notify已經(jīng)被調(diào)用，那么在調(diào)用了wait之后進入等待休眠狀態(tài)后就無法保證線程蘇醒過來。
5、同步的范圍過小或者過大。
同步的范圍過小，可能完全沒有達到同步的目的；同步的范圍過大，可能會影響性能。同步范圍過小的一個常見例子是誤認為兩個同步的方法一起調(diào)用也是將同步的，需要記住的是Atomic+Atomic!=Atomic。
- Map map=Collections.synchronizedMap(new HashMap());
- if(!map.containsKey("a")){
- map.put("a", value);
- }
這是一個很典型的錯誤，map是線程安全的，containskey和put方法也是線程安全的，然而兩個線程安全的方法被組合調(diào)用就不一定是線程安全的了。因為在containsKey和put之間，可能有其他線程搶先put進了a，那么就可能覆蓋了其他線程設(shè)置的值，導(dǎo)致值的丟失。解決這一問題的方法就是擴大同步范圍，因為對象鎖是可重入的，因此在線程安全方法之上再同步相同的鎖對象不會有問題。
- Map map = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
- synchronized (map) {
- if (!map.containsKey("a")) {
- map.put("a", value);
- }
- }
注意，加大鎖的范圍，也要保證使用的是同一個鎖，不然很可能造成死鎖。 Collections.synchronizedMap(new HashMap())使用的鎖是map本身，因此沒有問題。當(dāng)然，上面的情況現(xiàn)在更推薦使用ConcurrentHashMap，它有putIfAbsent方法來達到同樣的目的并且滿足線程安全性。
同步范圍過大的例子也很多，比如在同步塊中new大對象，或者調(diào)用費時的IO操作（操作數(shù)據(jù)庫，webservice等）。不得不調(diào)用費時操作的時候，一定要指定超時時間，例如通過URLConnection去invoke某個URL時就要設(shè)置connect timeout和read timeout，防止鎖被獨占不釋放。同步范圍過大的情況下，要在保證線程安全的前提下，將不必要同步的操作從同步塊中移出。
6、正確使用volatile
在jdk5修正了volatile的語義后，volatile作為一種輕量級的同步策略就得到了大量的使用。volatile的嚴格定義參考jvm spec，這里只從volatile能做什么，和不能用來做什么出發(fā)做個探討。
volatile可以用來做什么？
1）狀態(tài)標(biāo)志，模擬控制機制。常見用途如控制線程是否停止：
- private volatile boolean stopped;
- public void close(){
- stopped=true;
- }
- public void run(){
- while(!stopped){
- //do something
- }
- }
前提是do something中不會有阻塞調(diào)用之類。volatile保證stopped變量的可見性，run方法中讀取stopped變量總是main memory中的***值。
2）安全發(fā)布，如修復(fù)DLC問題。
- private volatile IoBufferAllocator instance;
- public IoBufferAllocator getInsntace(){
- if(instance==null){
- synchronized (IoBufferAllocator.class) {
- if(instance==null)
- instance=new IoBufferAllocator();
- }
- }
- return instance;
- }
3）開銷較低的讀寫鎖
- public class CheesyCounter {
- private volatile int value;
- public int getValue() { return value; }
- public synchronized int increment() {
- return value++;
- }
- }
synchronized保證更新的原子性，volatile保證線程間的可見性。
volatile不能用于做什么？
1）不能用于做計數(shù)器
- public class CheesyCounter {
- private volatile int value;
- public int getValue() { return value; }
- public int increment() {
- return value++;
- }
- }
因為value++其實是有三個操作組成的：讀取、修改、寫入，volatile不能保證這個序列是原子的。對value的修改操作依賴于value的***值。解決這個問題的方法可以將increment方法同步，或者使用AtomicInteger原子類。
2）與其他變量構(gòu)成不變式
一個典型的例子是定義一個數(shù)據(jù)范圍，需要保證約束lower< upper。
- public class NumberRange {
- private volatile int lower, upper;
- public int getLower() { return lower; }
- public int getUpper() { return upper; }
- public void setLower(int value) {
- if (value > upper)
- throw new IllegalArgumentException();
- lower = value;
- }
- public void setUpper(int value) {
- if (value < lower)
- throw new IllegalArgumentException();
- upper = value;
- }
- }
盡管講lower和upper聲明為volatile，但是setLower和setUpper并不是線程安全方法。假設(shè)初始狀態(tài)為(0,5)，同時調(diào)用setLower(4)和setUpper(3)，兩個線程交叉進行，***結(jié)果可能是(4,3)，違反了約束條件。修改這個問題的辦法就是將setLower和setUpper同步：
- public class NumberRange {
- private volatile int lower, upper;
- public int getLower() { return lower; }
- public int getUpper() { return upper; }
- public synchronized void setLower(int value) {
- if (value > upper)
- throw new IllegalArgumentException();
- lower = value;
- }
- public synchronized void setUpper(int value) {
- if (value < lower)
- throw new IllegalArgumentException();
- upper = value;
- }
- }
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