不变性真的意味着线程安全吗？

我经常阅读有关“如果对象是不可变的，则它是线程安全的”的文章。实际上，我从未找到过一篇让我相信不变的意味着线程安全的文章。即使是Brian Goetz的Java Concurrency in Practice一书中关于不变性的一本书也没有完全令我满意。在这本书中，我们可以在一个框架中逐字阅读： 不可变对象始终是线程安全的 。我认为这句话值得更多解释。

因此，我将尝试定义不变性及其与线程安全性的关系。

定义 不变性

我的定义是“不可变的对象是在构造之后状态不会改变的对象”。我故意含糊其词，因为没有人真正同意确切的定义。

线程安全

您可以在Internet上找到许多不同的“线程安全”定义。定义它实际上非常棘手。我会说线程安全代码是在多线程环境中具有预期行为的代码。我让您定义“预期行为”…

字符串示例

让我们看一下String的代码（实际上只是一部分代码……）：

public class String {private final char value[];/** Cache the hash code for the string */private int hash; // Default to 0public String(char[] value) {this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);}public int hashCode() {int h = hash;if (h == 0 && value.length > 0) {char val[] = value;for (int i = 0; i < value.length; i++) {h = 31 * h + val[i];}hash = h;}return h;}
}

String被认为是不可变的。看一下它的实现，我们可以推断出一件事：不可变的对象可以更改其内部状态（在这种情况下，是延迟加载的哈希码），只要它在外部不可见即可。

现在，我将以一种非线程安全的方式重写hashcode方法：

public int hashCode() {if (hash == 0 && value.length > 0) {char val[] = value;for (int i = 0; i < value.length; i++) {hash = 31 * hash + val[i];}}return hash;}

如您所见，我删除了局部变量h并直接影响了变量hash 。此实现不是线程安全的！如果多个线程同时调用hashcode ，则每个线程的返回值可能不同。问题是，这堂课是一成不变的吗？由于两个不同的线程可以看到不同的哈希码，因此从外部角度来看，我们具有状态更改，因此它不是不可变的。

我们可以得出这样的结论： String是不可变的， 因为它是线程安全的，而不是相反的。所以……说“做一些不可变的对象，它是线程安全的！”有什么意义？ 但是请注意，您必须使不可变对象具有线程安全性！” ？

ImmutableSimpleDateFormat示例

在下面，我写了一个类似于SimpleDateFormat的类。

public class VerySimpleDateFormat {private final DateFormat formatter = SimpleDateFormat.getDateInstance(SimpleDateFormat.SHORT);public String format(Date d){return formatter.format(d);}
}

该代码不是线程安全的，因为SimpleDateFormat.format不是。

这个对象是不变的吗？好问题！我们已尽力使所有字段均不可修改，我们不使用任何设置方法或任何建议对象状态将改变的方法。实际上，内部SimpleDateFormat更改其状态，这就是它不安全线程的原因。由于对象图中的某些内容发生了变化，因此即使它看起来像它也不是不变的。问题甚至不是SimpleDateFormat更改其内部状态，而是它以一种非线程安全的方式进行操作。

总结这个例子，创建一个不可变的类并不容易。最后一个关键字还不够，您必须确保对象的对象字段不会更改其状态，这有时是不可能的。

不可变的对象可以具有非线程安全的方法（没有魔术！）

让我们看一下下面的代码。

public class HelloAppender {private final String greeting;public HelloAppender(String name) {this.greeting = 'hello ' + name + '!\n';}public void appendTo(Appendable app) throws IOException {app.append(greeting);}
}

HelloAppender类绝对是不可变的。方法appendTo接受Appendable 。由于Appendable不能保证是线程安全的（例如StringBuilder ），因此追加到此Appendable会在多线程环境中引起问题。

结论

在某些情况下，创建不可变对象绝对是一个好习惯，并且对创建线程安全代码有很大帮助。但是，当我到处阅读时，这使我感到困扰。 不可变对象是线程安全的 ，显示为公理。我明白了这一点，但是我认为对此进行一点思考总是很有益的，以便理解导致非线程安全代码的原因。

感谢Jose的评论，在本文的结尾我得出了不同的结论。这都是关于不可变的定义。需要澄清！

如果满足以下条件，则对象是不可变的：