线程安全问题以及解决

文章目录

一、观察线程不安全现象
二、线程安全
三、线程不安全的原因
- 1、站在开发者角度：
- 2、站在系统角度：
- - 原子性
  - - 为什么COUNT越大，出错的概率就越大？
  - 可见性
  - 代码顺序性
那么如何解决线程安全呢？

一、观察线程不安全现象

public class ThreadInsecurity {
    // 定义一个共享的数据 —— 静态属性的方式来体现
    static int r = 0;

    // 定义加减的次数
    // COUNT 越大，出错的概率越大；COUNT 越小，出错的概率越小
    static final int COUNT = 100;

    // 定义两个线程，分别对 r 进行 加法 + 减法操作
    static class Add extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
                r++;
            }
        }
    }

    static class Sub extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
                r--;
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Add add = new Add();
        add.start();

        Sub sub = new Sub();
        sub.start();

        add.join();
        sub.join();

        System.out.println(r); // 0
    }
}

理论上 r 被加了1000000次，也被减了1000000次，所以应该结果为0。
但实际上却是

在线程不安全时候，代码无法百分百得到我们想要的预期结果，所以线程安全就可以保证代码100%符合预期。

二、线程安全

如果多线程环境下代码运行的结果符合我们的预期（即在单线程环境应该的结果），则说明这个程序是线程安全的。

三、线程不安全的原因 1、站在开发者角度：

多个线程之间操作同一块数据（共享data）
并且至少有一个线程在修改这块数据

**即使在多线程代码中，也有情况不需要考虑线程安全问题。

几个线程之间互相没有任何数据共享，天生是线程安全的
几个线程之间有数据共享，但是都做读操作，没有写操作，也是线程安全的。

2、站在系统角度：原子性

原子性我们可以理解为，一个操作或者多个操作，要么全部执行并且执行的过程中不被任何因素打断，要么就都不执行。和数据库里边的事务是一样的道理。

首先我们得知道：
对r++或者r–
1.从内存中（r代表的内存区域）把数据加载到寄存器中 LOAD_r
2.对数据加1 ADD1
3.把寄存器中的值写回内存中 STORE_r

所以可能会存在一种情况：有一个线程对 r 进行了r++操作，但是还没有写回内存的时候，另一个线程跑进来又对 r 进行了r–操作，最终写回到内存的r的值就错了！

为什么COUNT越大，出错的概率就越大？

COUNT越大，线程执行需要跨时间片的概率就越大，碰到线程调度的概率就越大，就会导致中间出错的概率提升。

可见性

可见性指的是，一个线程对共享变量值的修改，能够及时的被其他线程所看到。

java内存模型（JMM）：java虚拟机规范中定义了内存模型
目的是为了屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让Java程序在各种平台都能达到一致的并发效果。

线程之间的共享变量存在主内存
每一个线程都有自己的“工作内存”
当线程要读取一个共享变量时，会先把变量从主内存拷贝到工作内存，再从工作内存读取数据
当线程要修改一个共享变量时，会先修改工作内存中的副本，在同步回主内存中

这时候代码中就容易出现问题！

代码顺序性

程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行

举个栗子：
一段代码，

去厕所刷个牙
回屋里喝一杯牛奶
去厕所照照镜子

如果单线程情况下，JVM，CPU指令集会对其进行优化，比如，会按照 1 -> 3 -> 2 的顺序执行，从结果上来看也没有什么问题，还少跑一次撤硕。这种叫做指令重排序。
重排序，就是执行指令的顺序和书写指令的顺序不一致。

JVM规定了一些重排序基本原则： happend-before原则
简单解释就是：
JVM要求无论怎么优化，对于单线程的视角，结果不会有改变。但是并没有规定多线程环境的情况，就导致在多线程情况下可能出现问题。

那么如何解决线程安全呢？

加锁

public class Demo1 {
    // 定义一个共享的数据 —— 静态属性的方式来体现
    static int r = 0;

    // 定义加减的次数
    // COUNT 越大，出错的概率越大；COUNT 越小，出错的概率越小
    static final int COUNT = 1000000;

    // 定义两个线程，分别对 r 进行 加法 + 减法操作
    // r++ 和 r-- 互斥
    static class Add extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
                synchronized (Demo1.class) {
                    r++;    // r++ 是原子的
                }
            }
        }
    }

    static class Sub extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
                synchronized (Demo1.class) {
                    r--;    // r-- 是原子的
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Add add = new Add();
        add.start();

        Sub sub = new Sub();
        sub.start();

        add.join();
        sub.join();

        // 理论上，r 被加了 COUNT 次，也被减了 COUNT 次
        // 所以，结果应该是 0
        System.out.println(r); // 0
    }

}

synchronized加锁的用法还有很多种，这里只使用了其中一种。

关于线程方面的代码总结:
https://gitee.com/Z-Y-Hhhh/zyh_classcode/tree/master/src/thread

谢谢浏览

线程安全问题以及解决

Java相关栏目本月热门文章