java - Java foreach 循环遍历不可变的 volatile 数组线程安全吗？

Question

我有一个对不可变数组的 volatile 引用，该数组通过用新版本替换引用来异步更改。在这个数组上用 foreach 迭代时是否保证线程安全？

例子:

class MyClass
{ 
  volatile String[] m_array = new String[0];

  public synchronized void add(String n)
  { m_array = ArrayUtils.add(m_array, n); // atomic replace
  }

  public void iterate() // not synchronized!
  { // Do something with each element
    for (String s : m_array)
      System.out.println(s);
  }
}

我为什么问这个问题？

通常 Java 中的 foreach 循环会扩展为一个 Iterator:

Iterator<String> i = m_array.iterator();
while(i.hasNext())
  ...

在这种情况下，只有一次访问可以有效地获取原子快照的 m_array。所以一切都很好。

但是，如果 future 的 Java 实现优化原始数组的 foreach，因为迭代器在这种情况下非常慢怎么办？(参见 foreach vs. for performance)

实现可能会生成如下代码

for (int i = 0; i < m_array.length; i++)
{ String s = m_array[i];
  ...

这不再是线程安全的，因为对 m_array 的多次访问。在这种情况下，当字段是可变的时，需要一个带有 m_array 快照的临时变量。

是否保证上述优化永远不会以这种方式发生并且我的代码示例保证安全？

Answer 1

是的，对于 volatile 字段的异步更改，在 volatile 数组引用上使用增强的 for 循环是线程安全的。

理由

But what if a future Java implementation optimizes foreach for raw arrays because iterators are quite slow in this case?

Iterator 不用于数组的增强 for 循环，仅用于 Iterable。 Java 语言规范保证循环内的每个数组访问对于每次迭代都在同一实例上，即使 m_array 的值在迭代期间发生了变化。使用以下等效代码指定数组的增强 for 循环:

T[] #a = Expression;
L1: L2: ... Lm:
for (int #i = 0; #i < #a.length; #i++) {
    VariableModifiersopt TargetType Identifier = #a[#i];
    Statement
} 

参见 14.14.2 .这里的关键点是 Expression，在您的例子中 this.m_array，只计算一次。

需要强调的是，迭代使用的是对数组的引用，而不是数组的副本，因此数组中的元素可能会在迭代过程中发生变化。但是，根据您的代码示例，我假设您知道这不会发生。