1 学习多线程知识的根本目标

多线程知识的根本目标是：设计稳健的并发程序。

当然，本文无法回答这个实践性很强的问题(这与具体的业务相关，涉及到具体的策略)，本文主要阐述相关知识之间的关系，希望初学者不要迷失在多线程工具类的API接口中。

2 并发程序的三大宏观问题

线程安全性问题、性能问题、活跃性问题。 三者的关系是，在设计并发程序过程中要首先保证线程安全，在线程安全的基础上努力提升程序性能，在保证线程安全与提升性能时避免引入活跃性问题。

线程安全是最重要的，设计并发程序是为了提升程序的性能，但是永远不要忘记性能是建立在安全的基础上的；而在保证安全性(如加锁、同步等方法)及优化并发性能(如通过锁分解、锁分段等方法)过程中，可能会引入活跃性问题(如死锁、饥饿、活锁、糟糕的响应性等问题)。 本文主要阐述线程安全问题的知识。

3 线程安全性

3.1 线程安全性的定义

当多个线程访问某个类时，这个类始终都能表现出正确的行为，那么就称这个类是线程安全的。最核心的概念就是正确性。正确性的含义是，某个类的行为与其规范完全一致。

就像你要设计一道菜，那么组成这道菜的食材和调料一定是可控的，即你能确切的描述对这些食材和调料操作的结果，比如放油菜会香，放盐菜会咸，并且知道菜快熟时再放盐，只有对构成这道菜的所有元素都清楚明晰，设计出的菜才符合设想。设计程序时也一样，只有使用的各个变量和函数是可控的，设计出的程序才能按照设计运行。而多线程的使用，可能会使得组成程序的某些变量和行为变得不可控。

3.2 为什么多线程会带来线程安全性问题

要阐明线程安全性问题需要深入到JAVA内存模型，这里暂时不引入，这里用两个生活中的例子来阐述线程安全性问题的本质(原子性问题和可见性问题)。

【例1】以炒菜为例。其中有个操作是放盐，放盐的操作可分解为三个步骤“找到盐罐→检查盐罐装的是盐→菜快熟的时候将盐倒入菜中”。如果只有一个人在使用盐罐，那么不会有什么问题。但是，如果在你“检查盐罐中装的是盐”之后，将盐倒入菜中之前，另一个人拿走了盐罐，装了三氯氰胺奶粉，然后将盐罐放回。这个调换过程你并不知道，最后你将调换过的三氯氰胺奶粉倒入了菜中，结果可想而知。这就是线程安全性问题的原子性问题。

从内存模型理解原子性问题：juejin.im/post/684490…

【例2】以A和B协作煮米饭为例。有三个房间(厨房、控火室、观察室)，厨房有个锅煮着米饭(锅上有张纸写着“已熟”或者“未熟”)，A在控火室负责关火(当看到锅上的纸写着“已熟”时关火)，B在观察室负责观察米的状态并修改锅上贴纸的状态字(已熟/未熟)；A和B不在一个房间，无法直接交流；B隔一会观察下锅里的米，如果米熟了就在一张纸上写“已熟”，未熟就写“未熟”，B很忙，写完字后将纸贴在了自己门上，未贴在厨房的锅上。最终结果是，A看到锅上的状态字一直是“未熟”，所以不关火，最终米饭糊了。这就是可见性问题。

从内存模型理解可见性问题：juejin.im/post/684490…

3.3 解决原子性问题和内存可见性的核心

要编写线程安全的代码，其核心在于要对状态(变量)访问操作进行管理，特别是对共享的和可变的状态的访问。

共享意味着可由多个线程访问操作，可变意味着可以被修改。

上述例1中，如果盐罐不共享即其他人不能使用，则不会有线程安全性问题。如果规定不能往盐罐中装入，只能从盐罐中取出，那么不管多少个人可以操作盐罐，盐罐中始终是盐，没有线程安全性问题；同样，如果一个变量不能被修改，那么不管多少个线程操作这个变量，也不会带来线程安全性问题。

上述例2中，如果强制B在修改状态字后，将纸贴在锅上，那么就可以让A看到米饭的真正状态，就可以及时关掉火，蒸出香喷喷的米饭。

那么，为了解决原子性问题和内存可见性问题，怎么对共享的且可变的变量进行管理？

除非需要某个域是可变的，否则应将其声明为final域(即声明为不可变的)

将对共享变量的并行操作转换为串行操作(如同步机制、将变量委托给同步容器进行管理)

将共享变量转换为不共享变量(如线程封闭(栈封闭、ThreadLocal类等))

如果某个操作需要以原子方式执行，那么就想办法保证这个操作是原子方式执行(如给操作加锁)

对于需要保证内存可见性的变量，可以强制线程从主内存而不是缓存中读取变量，在线程存储变量时强制存取到主内存中。(如加锁，声明volatile变量)

切记，核心是管理共享的可变状态，锁(内置锁、Lock锁)、同步容器类(Vector、Hashtable等)、并发容器类(ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList)、同步工具类(闭锁、信号量、栅栏)、线程池等都只是是管理共享的可变状态的工具。