Что такое безопасная публикация (safe publication)?

Безопасная публикация (safe publication) — это гарантированный обмен состоянием объекта между потоками. Если объект безопасно опубликован, каждый поток, который может видеть ссылку на этот объект, гарантированно видит его состояние на момент публикации.

Проблемы без безопасной публикации:

• Неконсистентное состояние: Поток может видеть частичное или устаревшее состояние объекта, если его конструктор еще не завершен или изменения не были полностью сброшены в основную память.
• Видимость: Изменения, сделанные одним потоком, могут быть невидимы для других потоков.

Способы обеспечения безопасной публикации:

1. Инициализация статического поля: Объект, присвоенный статическому полю во время инициализации класса, безопасно публикуется.

   // Объект 'instance' безопасно опубликован
   public static final MyClass instance = new MyClass();
   

2. Volatile поля: Присвоение ссылки на объект volatile полю гарантирует видимость ссылки и состояние объекта на момент присвоения.

   // Объект 'obj' безопасно опубликован после присвоения
   private volatile MyObject obj;
   
   public void publish(MyObject newObj) {
       this.obj = newObj;
   }
   

3. Final поля: Объект, присвоенный final полю в конструкторе, безопасно публикуется после завершения конструктора.

   // Объект 'data' безопасно опубликован после завершения конструктора
   private final Data data;
   
   public MyClass(Data data) {
       this.data = data; // присвоение final полю
   }
   

   Важно: Ссылка на this не должна "утекать" из конструктора до его завершения, пока final поля не инициализированы.
4. Использование синхронизации или concurrent коллекций: Публикация через потокобезопасные механизмы (synchronized, Lock, ConcurrentHashMap и т.д.).

   // Объект 'sharedObject' безопасно опубликован через synchronized блок
   private Object sharedObject;
   private final Object lock = new Object();
   
   public void publish(Object obj) {
       synchronized (lock) {
           this.sharedObject = obj;
       }
   }
   
   public Object getSharedObject() {
       synchronized (lock) {
           return this.sharedObject;
       }
   }
   

5. Размещение объекта в concurrent коллекции: Объекты, помещенные в потокобезопасные коллекции (например, ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList), безопасно публикуются.

   // Объекты, помещенные в карту, безопасно публикуются
   private final ConcurrentMap<String, MyObject> map = new ConcurrentHashMap<>();
   
   public void addObject(String key, MyObject value) {
       map.put(key, value);
   }
   

Безопасная публикация является фундаментальным требованием для написания корректного многопоточного кода в Java, предотвращая проблемы видимости и неконсистентного состояния.