Java - 不可变数组线程安全

Question

我有一个关于 Java 内存模型的问题。这是一个简单的类来展示问题:

public class ImmutableIntArray {

    private final int[] array;

    public ImmutableIntArray() {
        array = new int[10];
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            array[i] = i;
        }
    }

    // Will always return the correct value?
    public int get(int index) {
        return array[index];
    }

}

据我所知，JMM 保证 final 字段的值在构造后对其他线程可见。但我想确保其他线程在构造后将看到存储在数组中的最新版本的数据。

当然上面的代码只是一个简单的例子，实际上我想为直接字节缓冲区实现一个简单的缓存，我不想依赖一些 Collection 类。目前我正在使用 ReentrantReadWriteLock 来确保正确的行为，但如果可能的话我想避免它。

Answer 1

在这个例子中，一切都会很好(嗯，让我们暂停一下判断)。当谈到线程安全时，不可变性是一种享受 - 如果一个值不能改变，大多数并发问题立即不再是一个问题。

Amir提到了 volatile 这通常是有用的 - 但构造函数对于确保可见性的 final 变量也有类似的语义。参见 JLS clause 17.5有关详细信息 - 本质上，构造函数在写入最终变量和任何后续读取之间形成了一种先发生关系。

编辑:因此您在构造函数中设置了对数组的values 引用，此时它在所有线程中都是可见的，然后它就不会改变。所以我们知道所有其他线程都会看到相同的数组。但是数组的内容呢？

就目前而言，数组元素没有任何关于波动性的特殊语义，它们就好像您自己声明了一个类一样:

public class ArrayTen {
    private int _0;
    private int _1;
    // ...
    private int _9;

    public int get(int index) {
       if (index == 0) return _0;
       // etc.
    }
}

所以 - 如果我们可以做一些事情来建立happens-before 关系，那么另一个线程只会看到这些变量。如果我的理解是正确的，这只需要对您的原始代码进行少量更改。

我们已经知道数组引用的设置发生在构造函数结束之前。始终正确的另一点是，一个线程中的操作先于同一线程中的后续操作。因此，我们可以通过首先设置数组字段，然后然后分配最终字段来组合这些，从而获得这种可见性的传递保证。这当然需要一个临时变量:

public class ImmutableIntArray {

    private final int[] array;

    public ImmutableIntArray() {
        int[] tmp = new int[10];
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            tmp[i] = i;
        }
        array = tmp;
    }

    // get() etc.
}

我认为这可以保证是安全的，因为我们已经切换了看似不相关的分配和填充顺序。

但同样，我可能还漏掉了一些其他内容，这意味着并发性保证并不像希望的那样可靠。在我看来，这个问题是一个很好的例子，说明为什么编写防弹多线程代码很棘手，即使你认为你在做一些非常简单的事情，以及如何需要大量的思考和谨慎(然后是错误修复)才能正确。