java this引用逃逸详解

1、什么是This逃逸？

　　在构造器构造还未彻底完成前（即实例初始化阶段还未完成），将自身this引用向外抛出并被其他线程复制（访问）了该引用，可能会问到该还未被初始化的变量，甚至可能会造成更大严重的问题。

　　废话不多说，看一下代码

 /**
  * 模拟this逃逸
  * @author Lijian
  *
  */
 public class ThisEscape {
   //final常量会保证在构造器内完成初始化（但是仅限于未发生this逃逸的情况下，具体可以看多线程对final保证可见性的实现）
   final int i;
   //尽管实例变量有初始值，但是还实例化完成
   int j = 0;
   static ThisEscape obj;
   public ThisEscape() {
     i=1;
     j=1;
     //将this逃逸抛出给线程B
     obj = this;
   }
   public static void main(String[] args) {
     //线程A：模拟构造器中this逃逸,将未构造完全对象引用抛出
     /*Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
       @Override
       public void run() {
         //obj = new ThisEscape();
       }
     });*/
     //线程B：读取对象引用，访问i/j变量
     Thread threadB = new Thread(new Runnable() {
       @Override
       public void run() {
               //可能会发生初始化失败的情况解释：实例变量i的初始化被重排序到构造器外，此时1还未被初始化
         ThisEscape objB = obj;
         try {
           System.out.println(objB.j);
         } catch (NullPointerException e) {
           System.out.println("发生空指针错误：普通变量j未被初始化");
         }
         try {
           System.out.println(objB.i);
         } catch (NullPointerException e) {
           System.out.println("发生空指针错误：final变量i未被初始化");
         }
       }
     });
       //threadA.start();
       threadB.start();
   }
 }

输出结果：这说明ThisEscape还未完成实例化，构造还未彻底结束。

发生空指针错误：普通变量j未被初始化
发生空指针错误：final变量i未被初始化

另一种情况是利用线程A模拟this逃逸，但不一定会发生，线程A模拟构造器正在构造...而线程B尝试访问变量，这是因为

（1）由于JVM的指令重排序存在，实例变量i的初始化被安排到构造器外（final可见性保证是final变量规定在构造器中完成的）；

（2）类似于this逃逸，线程A中构造器构造还未完全完成。

所以尝试多次输出（相信我一定会发生的，只是概率相对低），也会发生类似this引用逃逸的情况。

/**
 * 模拟this逃逸
 * @author Lijian
 *
 */
public class ThisEscape {
  //final常量会保证在构造器内完成初始化（但是仅限于未发送this逃逸的情况下）
  final int i;
  //尽管实例变量有初始值，但是还实例化完成
  int j = 0;
  static ThisEscape obj;
  public ThisEscape() {
    i=1;
    j=1;
    //obj = this ;
  }
  public static void main(String[] args) {
    //线程A：模拟构造器中this逃逸,将未构造完全对象引用抛出
    Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        //构造初始化中...线程B可能获取到还未被初始化完成的变量
        //类似于this逃逸，但并不定发生
        obj = new ThisEscape();
      }
    });
    //线程B：读取对象引用，访问i/j变量
    Thread threadB = new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        //可能会发生初始化失败的情况解释：实例变量i的初始化被重排序到构造器外，此时1还未被初始化
        ThisEscape objB = obj;
        try {
          System.out.println(objB.j);
        } catch (NullPointerException e) {
          System.out.println("发生空指针错误：普通变量j未被初始化");
        }
        try {
          System.out.println(objB.i);
        } catch (NullPointerException e) {
          System.out.println("发生空指针错误：final变量i未被初始化");
        }
      }
    });
      threadA.start();
      threadB.start();
  }
}

2、什么情况下会This逃逸？

（1）在构造器中很明显地抛出this引用提供其他线程使用（如上述的明显将this抛出）。

（2）在构造器中内部类使用外部类情况：内部类访问外部类是没有任何条件的，也不要任何代价，也就造成了当外部类还未初始化完成的时候，内部类就尝试获取为初始化完成的变量

• 在构造器中启动线程：启动的线程任务是内部类，在内部类中xxx.this访问了外部类实例，就会发生访问到还未初始化完成的变量
• 在构造器中注册事件，这是因为在构造器中监听事件是有回调函数（可能访问了操作了实例变量），而事件监听一般都是异步的。在还未初始化完成之前就可能发生回调访问了未初始化的变量。

在构造器中启动线程代码实现：

/**
 * 模拟this逃逸2：构造器中启动线程
 * @author Lijian
 *
 */
public class ThisEscape2 {
  final int i;
  int j;
  public ThisEscape2() {
    i = 1;
    j = 1;
    new Thread(new RunablTest()).start();
  }
  //内部类实现Runnable：引用外部类
  private class RunablTest implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
      try {
        System.out.println(ThisEscape2.this.j);
      } catch (NullPointerException e) {
        System.out.println("发生空指针错误：普通变量j未被初始化");
      }
      try {
        System.out.println(ThisEscape2.this.i);
      } catch (NullPointerException e) {
        System.out.println("发生空指针错误：final变量i未被初始化");
      }
    }

  }
  public static void main(String[] args) {
    new ThisEscape2();
  }
}

构造器中注册事件，引用网上的一段伪代码将以解释：

public class ThisEscape3 {
  private final int var;

  public ThisEscape3(EventSource source) {　　　　 //注册事件，会一直监听，当发生事件e时，会执行回调函数doSomething
    source.registerListener(　　　　　　　//匿名内部类实现
      new EventListener() {
        public void onEvent(Event e) {　　　　　　　　　　　 //此时ThisEscape3可能还未初始化完成，var可能还未被赋值，自然就发生严重错误
          doSomething(e);
        }
      }
    );
    var = 10;
  }
  // 在回调函数中访问变量
  int doSomething(Event e) {
    return var;
  }
}

3、怎样避免This逃逸？
　　（1）单独编写一个启动线程的方法，不要在构造器中启动线程，尝试在外部启动。

...
private Thread t;
public ThisEscape2() {
  t = new Thread(new EscapeRunnable());
}

public void initStart() {
  t.start();
}
...

　　（2）将事件监听放置于构造器外，比如new Object()的时候就启动事件监听，但是在构造器内不能使用事件监听，那可以在static{}中加事件监听，这样就跟构造器解耦了

static{
  source.registerListener(
      new EventListener() {
        public void onEvent(Event e) {
          doSomething(e);
        }
      }
    );
    var = 10;
  }
}

4、总结

　　this引用逃逸问题实则是Java多线程编程中需要注意的问题，引起逃逸的原因无非就是在多线程的编程中“滥用”引用（往往涉及构造器中显式或隐式地滥用this引用），在使用到this引用的时候需要特别注意！

　　同时这会涉及到：final的内存语义，即final域禁止重排序问题（2020.11.22增加），包括写final域与读final域重排序两个规则（参考资料《Java并发编程的艺术》）

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