如何結(jié)局線程安全問(wèn)題

什么是線程安全問(wèn)題？

當(dāng)多個(gè)線程共享一個(gè)全局變量，對(duì)其做寫(xiě)操作時(shí)，可能會(huì)受到其他線程的干擾，從而引發(fā)線程安全問(wèn)題

內(nèi)置鎖（synchronized）

內(nèi)置鎖也叫互斥鎖，可以保證線程的原子性，當(dāng)線程進(jìn)入方法時(shí)，會(huì)自動(dòng)獲得一個(gè)鎖，一旦鎖被獲得，其他線程必須等待獲得鎖的線程執(zhí)行完代碼釋放鎖，會(huì)降低程序的執(zhí)行效率

使用方式：

同步方法

public synchronized void sale() {
    if (trainCount > 0) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "票" + (100 - trainCount + 1) + "張票");
        trainCount --;
    }
}
// 非靜態(tài)同步方法使用this鎖
// 靜態(tài)同步方法使用當(dāng)前字節(jié)碼文件

同步代碼塊

private Object obj = new Object();
....
public void sale() {
    // 參數(shù)為任意全局對(duì)象
    synchronized (obj) {
        if (trainCount > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "票" + (100 - trainCount + 1) + "張票");
            trainCount --;
        }
    }
}

注意事項(xiàng)：

public static void main(String[] args) {
    ThreadDemo1 threadDemo1 = new ThreadDemo1();
    ThreadDemo1 threadDemo2 = new ThreadDemo1();
    Thread t1 = new Thread(threadDemo1, "窗口1");
    Thread t2 = new Thread(threadDemo2, "窗口2");
    t1.start();
    t2.start();
}
// 這樣的話也會(huì)產(chǎn)生線程安全問(wèn)題
// 那是因?yàn)閮蓚€(gè)線程分別由不同的線程創(chuàng)建的，它們之間的變量不共享，產(chǎn)生了兩把不同的鎖
// 解決方法是在全局變量上加上 static 關(guān)鍵字，靜態(tài)變量存在方法區(qū)，這個(gè)類中的所有對(duì)象都共享同一個(gè)變量

重入鎖和不可重入鎖

重入鎖：即獲得鎖的線程可以進(jìn)入它擁有的鎖的同步代碼塊

不可重入鎖：即獲得鎖的線程，在方法中嘗試再次獲得鎖時(shí)，獲取不到進(jìn)入阻塞狀態(tài)

死鎖產(chǎn)生的原因

同步中嵌套同步，同步鎖是一個(gè)重入鎖，就很有可能發(fā)生死鎖

ThreadLocal

為每個(gè)線程提供局部變量，解決線程安全問(wèn)題

ThreadLocal 底層采用 Map 來(lái)實(shí)現(xiàn)，將當(dāng)前線程作為key，將值存儲(chǔ)到這個(gè) map 中

class Res {
    private Integer count = 0;
    ThreadLocal<Integer> integerThreadLocal = new ThreadLocal<Integer>() {
        @Override
        protected Integer initialValue() {
            return 0;
        }
    };

    public Integer getCount() {
        int count = integerThreadLocal.get() + 1;
        integerThreadLocal.set(count);
        return count;
    }
}

多線性特性

什么是原子性？

即一個(gè)或一組操作，要么全部執(zhí)行，執(zhí)行過(guò)程中不會(huì)被其他線程打斷，要么全部不執(zhí)行

什么是可見(jiàn)性？

多線程操作中一個(gè)線程修改了全局共享變量的值，其他線程能立馬得到修改后的值

什么是有序性？

程序執(zhí)行的順序按照代碼的先后順序執(zhí)行，一般來(lái)說(shuō)處理器為了提高程序運(yùn)行效率，可能會(huì)對(duì)輸入代碼進(jìn)行優(yōu)化，它不保證程序中各個(gè)語(yǔ)句的執(zhí)行先后順序同代碼中的順序一致，但是它會(huì)保證程序最終執(zhí)行結(jié)果和代碼順序執(zhí)行的結(jié)果是一致的

Java 內(nèi)存模型（JMM）

JMM 決定一個(gè)線程對(duì)一個(gè)共享變量做寫(xiě)操作時(shí)，能否對(duì)另一個(gè)線程可見(jiàn)

主內(nèi)存：共享變量

本地內(nèi)存：共享變量副本

多線程做修改操作時(shí)，首先從主內(nèi)存中拷貝一份副本到本地內(nèi)存中，當(dāng)線程修改本地內(nèi)存的值后，首先在本地內(nèi)存修改成功，然后再將修改后的結(jié)果刷新到主內(nèi)存中

Volatile

可見(jiàn)性就是說(shuō)一旦某個(gè)線程修改了被 Volatile 修飾的變量，其他線程能立馬獲取到修改后的新值，在 Java 中為了加快程序的運(yùn)行效率，對(duì)一些變量的操作通常是在該線程的寄存器或者 CPU 緩存中進(jìn)行的，之后才會(huì)同步到主存，而加了 Volatile 關(guān)鍵字后會(huì)直接讀寫(xiě)內(nèi)存

注意：雖然該關(guān)鍵字能夠保證可見(jiàn)性，但不能保證原子性

特性：

• 保證可見(jiàn)性
• 禁止指令重排（CPU采用了允許將多條指令不按程序規(guī)定的順序分開(kāi)發(fā)送給各相應(yīng)電路單元處理），使用Volatile 修飾的變量，賦值后多執(zhí)行了一個(gè)"load addl $0x0, (%esp)"操作，這個(gè)操作相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)存屏障（指令重排序時(shí)不能把后面的指令重排序到內(nèi)存屏障之前的位置），只有一個(gè)CPU訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)，并不需要內(nèi)存屏障。

Volatile 與 Synchronized 區(qū)別：

Volatile 雖然能保證可見(jiàn)性，但不能保證原子性

Synchronized 防止多個(gè)線程執(zhí)行同一塊代碼，影響執(zhí)行效率，就性能而言，Volatile 是高于 Synchronized 的。

但是 Volatile 是不能取代 Synchronized 的，因?yàn)?Volatile 不能保證原子性。

重排序

數(shù)據(jù)依賴

如果兩個(gè)操作同時(shí)操作一份變量，且這兩個(gè)操作其中有一個(gè)寫(xiě)操作，此時(shí)這兩個(gè)操作之間就存在數(shù)據(jù)依賴

上面三種情況，只要更改操作的執(zhí)行順序，結(jié)果就會(huì)發(fā)生改變，編譯器和處理器可能會(huì)做重排序，在做重排序時(shí)會(huì)尊徐數(shù)據(jù)依賴，所以編譯器和處理器不能對(duì)數(shù)據(jù)依賴的操作重排序，這里的數(shù)據(jù)依賴性僅針對(duì)單個(gè)處理器中執(zhí)行的指令序列和單線程的操作，不同處理器之間和不同線程之間的數(shù)據(jù)依賴性不被編譯器和處理器考慮

as-if-serial語(yǔ)義

不管怎么重排，結(jié)果都不能改變

對(duì)多線程的影響

在單線程程序中，對(duì)存在數(shù)據(jù)依賴的操作做重排序不會(huì)影響結(jié)果，因?yàn)閱尉€程尊徐 as-if-serial 語(yǔ)義，但 as-if-serial 語(yǔ)義提到"不考慮不同處理器之間和不同線程之間的數(shù)據(jù)依賴"，所以，指令重排可能會(huì)對(duì)多線程的結(jié)果產(chǎn)生影響