要编写正确的并发程序，关键问题在于：在访问共享的变量时需要进行正确的管理。之前介绍了使用同步来避免多个线程在同一时间访问相同的数据，接下来将介绍如何共享和发布对象，从而使他们能够安全地由多个线程同时访问。这些内容，形成了构建线程安全类以及通过java.util.concurrent类库来构建并发应用程序的重要基础。
1 可见性
在没有同步的情况下，编译器、处理器在运行时都可能对操作的执行顺序进行一些意想不到的调整。在缺乏足够同步的多线程程序中，无法对内存操作的执行顺序进行判断。
有一种简单的方法能避免这些复杂的问题：只要有数据在多个线程之间共享，就使用正确的同步。
1.1 失效数据
public void MutableInteger {
private int value;
public int get() {
return value;
}
public void set(int value) {
this.value = value;
}
}
以上的代码不是线程安全的，get和set方法没有在同步的情况下访问value。这时候value可能出现失效数据的情况，也就是当某个线程调用了set,另外一个正在调用get的线程可能会看到更新后的value值，也可能看不到。如果改成同步的方式，将不会出现失效数据的情况。如下所示：
public void SynchronizedInteger {
private int value;
public synchronized int get() {
return value;
}
public synchronized void set(int value) {
this.value = value;
}
}
1.2 非原子的64位操作
当线程没有同步的情况下读取变量，可能会得到一个失效值，但至少这个值是由之前某个线程设置的值，而不是一个随机值。这种安全性保证也被称为最低安全性（out-of-thin-airsafety）。
最低安全性适用于绝大多数变量，但存在一个例外：非volatile类型的64位数值变量（double和long）。java内存模型要求，变量的读取和写入操作必须是原子操作，但对于非volatile类型的long和double变量，JVM允许将64位的读操作或写操作分解为两个32位的操作。当读取一个非volatile类型的long变量时，如果对该变量的读操作和写操作在不同的线程中执行，那么可能会读取到某个值的高32位和另一个值的低32位。因此，即使不考虑失效数据问题，在多线程程序中使用共享且可变的long和double等类型的变量也是不安全的，除非用关键词volatile来声明它们，或者用锁保护起来。
1.3 加锁与可见性
加锁的含义不仅仅局限于互斥行为，还包括内存可见性。为了确保所有线程都能看到共享变量的最新值，所以执行读操作或者写操作的线程都必须在同一个锁上同步。
1.4 volatile 变量
java语言提供了一种稍弱的同步机制，即volatile变量，用来确保将变量的更新操作通知到其他线程。volatile变量是一种比sychronized关键词更轻量级的同步机制，不会执行加锁操作，读取volatile的开销只比读取非volatile的开销略高一点。当将变量声明为volatile类型后，编译器在运行时会注意到这个变量是共享的，因此不会将该变量上的操作与其他内存操作一起重排序。volatile变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方，因此在读取volatile类型变量时总会返回最新写入的值。
仅当volatile变量能简化代码的实现及对同步策略的验证时，才应该使用它们。如果在验证正确时需要对可见性进行复杂的判断，那么就不需要使用volatile变量。volatile变量的正确使用方式包括：确保它们自身状态的可见性，确保它们所引用对象的状态的可见性，以及标识一些重要的程序生命周期事件的发生（例如，初始化或关闭）。以下示例是volatile的用法举例：
volatile boolean asleep;
while(!asleep)
countSheep();
加锁机制即可确保可见性又可确保原子性，而volatile变量只能确保可见性。当且仅当满足以下所有条件时，才应该使用volatile变量：
- 对变量的写入操作不依赖变量的当前值，或者你能确保只有单个线程更新变量的值。
- 该变量不会与其他状态变量一起纳入不变性条件中。
- 在访问变量时不需要加锁。
2 发布与逸出
2.1 概念
"发布（Publish）"一个对象的意思是指使对象能够在当前作用域之外的代码中使用。例如，将一个指向该对象的引用保存在其他代码可以访问的地方，或者在某一个非私有的方法中返回该引用，或者将引用传递到其他类的方法中。
当某个不应该发布的对象被发布时，这种情况称为逸出（Escape）。以下是常见的对象逸出方式：
- 当发布某个对象时，间接地发布了其他对象。下面的例子就是不小心把Secret对象发布了：
public static Set<Secret> knownSecrets;
public void initialize() {
knownSecrets = new HashSet<Secret>();
}
- 通过非私有的方法返回了私有属性的引用，使得私有属性逸出了它所在的作用域。下面实例就是私有的数组States被公有方法发布了：
class UnsafeStates {
private String[] states = new String[] {
"start", "process", "end"
};
public String[] getStates() {
return states;
}
}
- 隐式地使this引用逸出。如下所示，当ThisEscape类发布EventListener时，也隐含地发布了ThisEscape实例本身，因为在这个内部类的实例中包含了对ThisEscape实例的隐含引用。
public class ThisEscape {
public ThisEscape(EventSource source) {
source.registerListener(
new EventListener() {
public void onEvent(Event e) {
doSomething(e);
}
}
}
}
2.2 安全的对象构造过程
不要在构造过程中使this引用逸出。因为从对象的构造函数中发布对象时，只是发布了一个尚未构造完成的对象。
以下就是通过私有的构造函数和公共的工厂方法（Factory Method）来防止this引用逸出：
public class SafeListener {
private final EventListener listener;
private SafeListener() {
listener = new EventListener() {
public void onEvent(Event e) {
doSomething(e);
}
}
}
public static SafeListener newInstance(EventSource source) {
SafeListener safe = new SafeListener();
source.registerListener(safe.listener);
return safe;
}
}
3 线程封闭
当访问共享的可变数据时，通常需要使用同步。一种不使用同步的方式就是不共享数据。如果仅在单线程内访问数据，就不需要使用同步。这种技术被称为线程封闭（Thread Confinement）,它是实现线程安全的最简单方式之一。
线程封闭的示例：
- Swing的可视化组件和数据模型对象都不是线程安全的，Swing通过将它们封闭到Swing的事件分发线程中来实现线程安全性。
- JDBC的Connection对象，由于大多数请求（Servlet请求或EJB调用等）都是由单个线程采用同步的方式来处理，并且在Connection对象返回前，连接池不会再将它分配给其他线程，因此，这种连接管理模式在处理请求时隐含地讲Connection对象封闭在线程中。
3.1 栈封闭
栈封闭是线程封闭的一种特例，在栈封闭中，只能通过局部变量才能访问对象。局部变量的固有属性之一就是封闭在执行线程中。它们位于执行线程的栈中，其他线程无法访问这个栈。
3.2 ThreadLocal类
维持线程封闭性的一种更规范的方式是使用ThreadLocal，这个类能使线程中的某个值与保存值的对象关联起来。ThreadLocal提供了get与set等访问接口或方法，这些方法为每个使用该变量的线程都存有一份独立的副本，因为get总是返回由当前执行线程在调用set时设置的最新值。
ThreadLocal对象通常用于防止对可变的单实例变量或全局变量进行共享。以下的实例就是将JDBC的连接保存到ThreadLocal对象中，每个线程都拥有属于自己的连接。
private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder
= new ThreadLocal<Connection>() {
public Connection initialValue() {
return DriverManager.getConnection(DB_URL);
}
};
public static Connection getConnection() {
return connectionHolder.get();
}
4 不变性
不可变对象一定是线程安全的。
当满足以下条件时，对象才是不可变的：
- 对象创建以后其状态就不能修改。
- 对象的所有域都是final类型。
- 对象是正确创建的（在对象创建期间，this引用没有逸出）。
下面的示例就是在可变对象的基础上构建的不可变类：
public final class ThreeStooges {
private final Set<String> stooges = new HashSet<String>();
public ThreeStooges() {
stooges.add("A");
stooges.add("B");
stooges.add("C");
}
public boolean isStooge(String name) {
return stooges.contains(name);
}
}
5 安全发布的常用模式
要安全发布一个对象，对象的引用以及对象的状态必须同时对其他线程可见。一个正确构造的对象可以通过以下方式来安全地发布：
- 在静态初始化函数中初始化一个对象引用。
- 将对象的引用保存到volatile类型的域或者AtomicReferance对象中。
- 将对象的引用保存到某个正确构造对象的final类型域中。
- 将对象的引用保存到一个由锁保护的域中。
参考：
Java并发编程实战（Java Concurrency In Practice）-机械工业出版社 第三章