线程安全问题的原因和解决方案

目录

1.什么是线程安全？

2.造成线程不安全的原因

3.线程不安全的解决方案

1.synchronized关键字——监视器锁monitor lock

2.volatile关键字

3.wait和notify

在操作系统中,因为线程的调度是随机的(抢占式执行),正是因为这种随机性,才会让代码中产生很多bug。如果认为是因为这样的线程调度才导致代码产生了bug,则认为线程是不安全的。

如果多线程环境下代码运行的结果是符合我们预期的，即在单线程环境应该的结果，则说这个程序是线程安全的。

2.造成线程不安全的原因

1. 抢占式执行，调度过程随机
2. 多个线程同时修改一个变量
3. 针对变量的操作没有保证原子性
4. 内存可见性，一个线程频繁读，一个线程频繁写
5. 代码指令重排序

3.线程不安全的解决方案

1.synchronized关键字——监视器锁monitor lock

作用：

1. 多个线程，使用同一个对象进行加锁（基于对象头加锁）,可以实现线程间的同步互斥
2. 原子性：互斥就能满足原子性(某个线程执行同一个对象加锁的同步代码，排斥另一个线程加锁，满足最小执行单位)
3. 可见性：synchronized结束释放锁，会把工作内存中的数据刷新到主存；其他线程申请锁，获取的始终是最新的数据(满足可见性)
4. 有序性：某个线程执行一段同步代码，不管如何重排序，过程中不可能有其他线程执行的指令，这样多个线程执行同步代码，就能满足一定的顺序(满足有序性)
5. 可重入性：同一个线程，可以多次申请同一个对象锁

2.volatile关键字

作用：

1. 保证可见性：多个线程对同一个变量的操作，具有可见性
2. 禁止指令重排序，建立内存屏障

注意：不保证原子性操作

使用场景：共享变量的读操作及常数赋值操作

                原因：这些操作本身就具有原子性

3.wait和notify

由于线程之间是抢占式执行的，因此线程之间执行的顺序难以预知，因此我们需要合理的协调多个线程之间的执行先后顺序。

wait 做的事情:

• 使当前执行代码的线程进行等待. (把线程放到等待队列中)
• 释放当前的锁
• 满足一定条件时被唤醒, 重新尝试获取这个锁.

注意：wait 要搭配 synchronized 来使用 . 脱离 synchronized 使用 wait 会直接抛出异常 . wait 结束等待的条件:

• 其他线程调用该对象的 notify 方法.
• wait 等待时间超时 (wait 方法提供一个带有 timeout 参数的版本, 来指定等待时间).
• 其他线程调用该等待线程的 interrupted 方法, 导致 wait 抛出 InterruptedException 异常.

notify 方法是唤醒等待的线程.

• 方法notify()也要在同步方法或同步块中调用，该方法是用来通知那些可能等待该对象的对象锁的其 它线程，对其发出通知notify，并使它们重新获取该对象的对象锁。
• 如果有多个线程等待，则有线程调度器随机挑选出一个呈 wait 状态的线程。(并没有 "先来后到")
• 在notify()方法后，当前线程不会马上释放该对象锁，要等到执行notify()方法的线程将程序执行 完，也就是退出同步代码块之后才会释放对象锁。