1、线程安全的产生条件

■ 线程安全问题概念：

多个线程在并发下执行，对共享数据进行非原子性操作，造成执行结果 不一致 的情况。

  • 线程安全产生前提： 存在多个线程、并发执行(线程之间处于争抢资源的竞争状态)、 非原子性操作、共享数据
  • 线程不安全造成的结果： 数据不一致

线程安全结果：数据一致；线程不安全结果：数据不一致

线程安全问题：就是线程不安全导致的问题



■ 并发、并行

  • 并发（多个线程操作同一个资源）
  • CPU 一核，模拟出多条线程， CPU 快速交替实现 ，多个线程之间处于竞争关系，争抢资源
  • 并发(多个人一个起走)
  • CPU 多核，多个线程可以同时执行，线程池


2、解决线程安全的方式

☺ 解决思路：破解产生的四个个条件即可

比如存在多个线程 ==> 使用单线程

比如并发执行 ==> 同步，加锁，例如使用Synchronized、lock; 乐观并发策略，例如CAS

比如非原子性操作 ==> 原子性操作，例如使用 原子操作类 Atomic，例如AtomicInteger

比如共享数据 ==> 数据类型不变的、已知线程安全的变量(集合 Vector、原子类Atomic)、线程局部变量(ThreadLocal)

  • 同步是指在多个线程并发访问共享数据时，保证共享数据在同一个时刻只被一条线程使用。


■ 常见的线程安全的解决方式

(1) 加锁方式
  • 使用 同步关键词 synchronized 或者 lock 的子类可重入锁 ReentrantLock
  • 互斥同步面临的主要问题是进行线程阻塞和唤醒所带来的性能开销，因此这种同步也被称为阻塞同步。【种悲观的并发策略】
  • 高并发场景，建议使用Lock锁，Lock锁要比使用Synchronize关键字在性能上有极大的提高，而且 Lock锁底层就是通过AQS+CAS机制实现的


★ 说说lock 和 synchronized 锁的区别
  • synchronized 是一个 关键字，使用C++实现的，没办法控制锁的开始、锁结束，也没办法中断线程的执行
  • 而 lock 是 java层面的实现，可以获取锁的状态，开启锁，释放锁，通过设置可以中断线程的执行，更加灵活
  • 是否自动是否锁：synchronized 会自动是否锁，而 lock 需要手动调用unlock 方法释放，否则会死循环

lock.lock();//其他没有拿到锁的线程？阻塞 卡着不动 boolean res = lock.tryLock(1000, TimeUnit.MILLISECONDS);//一秒之后如果没有拿到锁，就返回false lock.lockInterruptibly();//中断方法



(2) 乐观并发策略
  • CAS 乐观并发策略，无锁机制
  • 像线程安全的 原子操作类Atomic 底层就是使用 CAS 思想 ，只是落地实现是依赖 Unsafe 的CPU 原语级别的汇编操作
new AtomicInteger().getAndAdd(1);//获取到当前值并加1
// 底层实现
public final int getAndAdd(int delta) {
   return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);
}
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
   int var5;
   do {
      var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
   } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
   return var5;
}

工作中，不建议使用Unsafe 类，类名就提示你了"不安全"!

  • 基于冲突检测的乐观并发策略，通俗地说就是不管风险，先进行操作，如果没有其他线程争用共享数据，那操作就直接成功了；如果共享的数据的确被争用，产生了冲突，那再进行其他的补偿措施，最常用的补偿措施是不断地重试，直到出现 没有竞争的共享数据为止。
  • 使用乐观并发策略需要“硬件指令集的发展”？因为我们必须要求**操作和冲突检测这两个步骤具备原子性**。靠什么来保证原子性？==> cpu 指令
  • CAS 可能出现的问题：死循环、 ABA 问题
  • ABA 问题的解决：带有 标记的 原子引用类 AtomicStampedReference


(3) 线程私有局部变量
  • 线程本地存储，比如 threadLocal，线程私有的局部变量，避免的共享变量的竞争


(4) 其他方式
  • 使用 volatile，利用它的可见性，禁止指令重排的特性，但原子性没法保证。在多线程下没有严格的写操作冲突同步要求，推荐使用。
    常用的场景是：使用volatile变量控制线程的终止。
  • 写是复制–CopyOnWriteArrayList
    CopyOnWriteArrayList是JUC包提供的线程安全的List。


3、总结常用的解决线程安全方式

  • 加锁：sync、lock
  • (无锁)乐观并发：CAS
  • 原子操作类：atomic
  • (线程局部变量)变量不共享：threadlocal
  • volatile


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