java 安全编码指南之: 线程安全规则

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发布于: 2020 年 10 月 23 日
简介如果我们在多线程中引入了共享变量，那么我们就需要考虑一下多线程下线程安全的问题了。那么我们在编写代码的过程中，需要注意哪些线程安全的问题呢？
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一起来看看吧。
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注意线程安全方法的重写大家都做过方法重写，我们知道方法重写是不会检查方法修饰符的，也就是说，我们可以将一个synchronized的方法重写成为非线程安全的方法：
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public class SafeA {
    public synchronized void doSomething(){
    }
}
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public class UnsafeB extends SafeA{
    @Override
    public void doSomething(){
    }
}
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我们在实现子类功能的时候，一定要保持方法的线程安全性。
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构造函数中this的溢出this是什么呢？根据JLS的规范，当用作主要表达式时，关键字this表示一个值，该值是对其调用实例方法的对象或正在构造的对象的引用。
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那么问题来了，因为this能够表示正在构造的对象，那么意味着，如果对象还没有构建完毕，而this又可以被外部访问的话，就会造成外部对象访问到还未构造成功对象的问题。
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我们来具体看一下this溢出都会发生在哪些情况：
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public class ChildUnsafe1 {
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    public static ChildUnsafe1 childUnsafe1;
    int age;
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    ChildUnsafe1(int age){
        childUnsafe1 = this;
        this.age = age;
    }
}
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上面是一个非常简单的this溢出的情况，在构造函数的过程中，将this赋值给了一个public对象，将会导致this还没有被初始化完毕就被其他对象访问。
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那么我们调整一下顺序是不是就可以了呢？
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public class ChildUnsafe2 {
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    public static ChildUnsafe2 childUnsafe2;
    int age;
﻿
    ChildUnsafe2(int age){
        this.age = age;
        childUnsafe2 = this;
    }
}
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上面我们看到，this的赋值被放到了构造方法的最后面，是不是就可以避免访问到未初始化完毕的对象呢？
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答案是否定的，因为java会对代码进行重排序，所以childUnsafe2 = this的位置是不定的。
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我们需要这样修改：
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public class Childsafe2 {
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    public volatile static Childsafe2 childUnsafe2;
    int age;
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    Childsafe2(int age){
        this.age = age;
        childUnsafe2 = this;
    }
}
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加一个volatile描述符，禁止重排序，完美解决。
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我们再来看一个父子类的问题，还是上面的Childsafe2，我们再为它写一个子类：
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public class ChildUnsafe3 extends Childsafe2{
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    private Object obj;
﻿
    ChildUnsafe3(int age){
       super(10);
       obj= new Object();
    }
﻿
    public void doSomething(){
        System.out.println(obj.toString());
    }
}
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上面的例子有什么问题呢？因为父类在调用构造函数的时候，已经暴露了this变量，所以可能会导致ChildUnsafe3中的obj还没有被初始化的时候，外部程序就调用了doSomething()，这个时候obj还没有被初始化，所以会抛出NullPointerException。
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解决办法就是不要在构造函数中设置this，我们可以新创建一个方法，在构造函数调用完毕之后，再进行设置。
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不要在类初始化的时候使用后台线程如果在类初始化的过程中，使用后台进程，有可能会造成死锁，我们考虑下面的情况：
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public final class ChildFactory {
    private static int age;
﻿
    static {
        Thread ageInitializerThread = new Thread(()->{
            System.out.println("in thread running");
            age=10;
        });
﻿
        ageInitializerThread.start();
        try {
            ageInitializerThread.join();
        } catch (InterruptedException ie) {
            throw new AssertionError(ie);
        }
    }
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    public static int getAge() {
        if (age == 0) {
            throw new IllegalStateException("Error initializing age");
        }
        return age;
    }
﻿
    public static void main(String[] args) {
        int age = getAge();
    }
}
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上面的类使用了一个static的block，在这个block中，我们启动一个后台进程来设置age这个字段。
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为了保证可见性，static变量必须在其他线程运行之前初始化完毕，所以ageInitializerThread需要等待main线程的static变量执行完毕之后才能运行，但是我们又调用了ageInitializerThread.join()方法，主线程又需要反过来等待ageInitializerThread的执行完毕。
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最终导致了循环等待，造成了死锁。
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最简单的解决办法就是不使用后台进程，直接在static block中设置：
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public final class ChildFactory2 {
    private static int age;
﻿
    static {
            System.out.println("in thread running");
            age=10;
    }
﻿
    public static int getAge() {
        if (age == 0) {
            throw new IllegalStateException("Error initializing age");
        }
        return age;
    }
﻿
    public static void main(String[] args) {
        int age = getAge();
    }
}
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还有一种办法就是使用ThreadLocal将初始化变量保存在线程本地。
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public final class ChildFactory3 {
﻿
    private static final ThreadLocal<Integer> ageHolder = ThreadLocal.withInitial(() -> 10);
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    public static int getAge() {
        int localAge = ageHolder.get();
        if (localAge == 0) {
            throw new IllegalStateException("Error initializing age");
        }
        return localAge;
    }
﻿
    public static void main(String[] args) {
        int age = getAge();
    }
}
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本文的代码：
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learn-java-base-9-to-20/tree/master/security
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发布于: 2020 年 10 月 23 日阅读数: 30
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/ccff808c2ed08a7199f52b5ac】。文章转载请联系作者。
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