线程安全与不可变性

Jakob Jenkov 2014-07-18

竞态条件（Race conditions） 只有在多个线程访问同一资源，并且其中至少有一个线程对该资源进行写操作时才会发生。如果多个线程只是读取同一个资源，则不会出现竞态条件。

我们可以通过使线程间共享的对象不可变（immutable），从而确保这些对象永远不会被任何线程修改，进而实现线程安全。下面是一个示例：

public class ImmutableValue {
    private int value = 0;

    public ImmutableValue(int value) {
        this.value = value;
    }

    public int getValue() {
        return this.value;
    }
}

注意，ImmutableValue 实例的值是在构造函数中传入的，并且没有提供 setter 方法。一旦创建了 ImmutableValue 的实例，其值就无法再被更改——它是不可变的。不过，你可以通过 getValue() 方法来读取它的值。

如果你需要对 ImmutableValue 实例执行某些操作，可以通过返回一个包含操作结果的新实例来实现。以下是一个加法操作的示例：

public class ImmutableValue {
    private int value = 0;

    public ImmutableValue(int value) {
        this.value = value;
    }

    public int getValue() {
        return this.value;
    }

    public ImmutableValue add(int valueToAdd) {
        return new ImmutableValue(this.value + valueToAdd);
    }
}

注意，add() 方法返回的是一个新的 ImmutableValue 实例，而不是直接修改当前对象的值。

引用本身不是线程安全的！

需要特别注意的是：即使一个对象是不可变的（因此是线程安全的），指向该对象的引用本身却未必是线程安全的。请看下面这个例子：

public class Calculator {
    private ImmutableValue currentValue = null;

    public ImmutableValue getValue() {
        return currentValue;
    }

    public void setValue(ImmutableValue newValue) {
        this.currentValue = newValue;
    }

    public void add(int newValue) {
        this.currentValue = this.currentValue.add(newValue);
    }
}

Calculator 类持有一个 ImmutableValue 实例的引用。注意，通过 setValue() 和 add() 方法都可以改变这个引用所指向的对象。因此，尽管 Calculator 内部使用的是不可变对象，但 Calculator 本身并不是不可变的，也就不是线程安全的。

换句话说：ImmutableValue 类是线程安全的，但它的使用方式可能不是线程安全的。这一点在试图通过不可变性来实现线程安全时必须牢记。

要让 Calculator 类变成线程安全的，可以将 getValue()、setValue() 和 add() 方法声明为 synchronized。这样就能解决问题了。