為什么即使使用同步方法，此代碼也不是線程安全的？

Question

為什么即使我們使用同步方法並因此在Helper對象上獲得鎖定，此代碼為何也不是線程安全的？

class ListHelper <E> {
    public List<E> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<E>());

    public synchronized boolean putIfAbsent(E x) {
        boolean absent = !list.contains(x);
        if (absent)
            list.add(x);
        return absent;
    }
}

Answer 1

因為該列表在contains返回時解鎖，然后在調用add時再次鎖定。 其他可能在兩者之間添加相同的元素。

如果您打算只使用helper對象中的列表，則應將其聲明為private ； 如果這樣做，則只要列表的所有操作都通過在助手對象中同步的方法，代碼就將是線程安全的。 同樣值得注意的是，只要是這種情況，就不需要使用Collections.synchronizedList因為您可以在自己的代碼中提供所有必需的同步。

或者，如果要允許列表公開，則需要同步對列表的訪問，而不是對助手對象的訪問。 以下是線程安全的：

class ListHelper <E> {
    public List<E> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<E>());

    public boolean putIfAbsent(E x) {
        synchronized (list) {
            boolean absent = !list.contains(x);
            if (absent)
               list.add(x);
            return absent;
        }
    }
}

不同之處在於，它使用與列表中其他方法相同的鎖，而不是其他方法。

Answer 2

此代碼不是線程安全的，僅因為list是公共的。

如果列表實例是私有的，並且在其他地方均未引用，則此代碼是線程安全的。 否則它不是線程安全的，因為多個線程可以同時操作該列表。

如果未在其他位置引用該列表，則無需通過collections類將其聲明為同步列表，只要所有列表操作都是通過同步方法進行的，並且對該列表的引用永遠不會返回任何內容。

當您將一個方法標記為同步時，所有調用該方法的線程都將與定義該方法的對象實例同步。這就是為什么如果未在其他位置引用ListHelper內部列表實例，並且所有方法都已同步，則您的代碼將是線程安全的。

Answer 3

線程安全的一個主要組成部分不僅僅是相互排斥。 完全有可能完成對象狀態的原子更新，即進行狀態轉換，使對象保持其不變式處於有效狀態，但是如果對象的引用仍然發布為不可信或不完整，則仍然使對象容易受到攻擊調試的客戶端。

在示例中，您發布：

public synchronized boolean putIfAbsent(E x) {
    boolean absent = !list.contains(x);
    if (absent)
        list.add(x);
    return absent;
}

正如WM所指出的那樣，該代碼是線程安全的。 但是我們不能保證x本身以及其他代碼仍然可以引用的位置。 如果確實存在此類引用，則另一個線程可以修改列表中的相應元素，從而使您無法保護列表中對象的不變性。

如果您從您不信任或不知道的客戶代碼中接受此列表中的元素，那么一個好的做法是制作x的防御副本，然后將其添加到列表中。 同樣，如果要將對象從列表返回到其他客戶端代碼，請進行防御性復制並返回，這將有助於確保列表保持線程安全。

此外，列表應完全封裝在類中。 通過公開，客戶端代碼可以在任何地方自由訪問元素，並且使您無法保護列表中對象的狀態。