线程安全问题的原因和解决方案

一、首先产生线程安全的原因：

（一）站在开发者的角度看：①多个线程之间操作同一个数据②至少有一个线程修改这个数据（不是读操作而是写操作)

（二）站在系统的角度看：一条语句对应多个指令，线程调度可以发生任何时刻（线程调度不会切割指令），所以线程调度不确定性导致指令执行顺序不确定，导致问题。

（三）线程不安全表现为三个部分：①原子性被破坏②内存可见性问题③代码重排序问题

一、原子性：

列如:int r=0;r++; r--; r++和r--应该是原子性的，但实际执行起来不能确保原子性，所以预期结果r=0,但可能最终结果为1。

如图：

二、内存可见性：一个线程对数据的处理，有可能其他线程无法感知，甚至某种情况下被优化的完全看不见。

把一个线程想象成一个cpu

内存分为：主内存（实际内存），工作内存（cpu缓存中的模拟）

线程对数据所有的读写操作：①从主内存中加载到工作内存中②工作内存进行处理，可以允许工作内存操作很长时间③完成工作后，把数据同步到主内存中

如班费花销，班上有个记录本（用来记录班费的总额），团支书拿着一部分班费去买班级用的东西，团支书脑子（工作内存）知道已经花销了，但还没有在记录本记录（主内存），班长去按照记录表上的班费去购买物品，会出现花费超值的现象。

三、代码重排序：我们写的程序，中间经过很多优化，导致不能确保最终执行的语句和我们写的语句顺序不一样。jvm中要求单线程没有这种变化导致的出错，但多线程可能会。

如图所示：A,B为两个线程，最后导致出错。

一点小小的知识点：Vector Stack Dictionary StringBuffer 是线程安全的，linkedList, ArrayList,hashMap StringBuilder没有线程安全。

二、解决线程安全的方法：锁（理论是数据，多个线程共用的数据）

加锁和解锁就是确保不是多个线程同时使用操作同一个数据，导致线程不安全。

锁有两种：synchronized 和lock

一、synchronized（同步锁）

synchronized{临界区代码},synchronized是对临界区代码加锁，不在大括号内的不加锁。

所谓加锁就是以下理论：一个线程持有锁（加锁成功），其余加锁失败的线程，放弃cpu进入堵塞队列（运行->堵塞）。打个比方一个房间只能一次进一个人，一个人进去了上锁（加锁成功），直到那个人出来之前其他人在外面等着（堵塞）。

怎么确保线程安全，就是在synchronized锁基础上，产生互斥。

互斥的条件：①都有加锁操作②都申请同一把锁

有以下代码：确定是不是互斥

首先我们要知道以下知识：

①synchronized void method(){ } 等价于 void method(){ synchronized (this){} }

②static synchronized void method(){} 等价于 static void method(){synchronized (类.class){} }

③synchronized 修饰普通方法，视为对“当前对象”（哪个对象调用的这个同步方法）加锁即synchronized（this）{}

④synchronized修饰静态方法视为所在类加锁即 synchronized（类.class）{}

有s1=new SomeClass(); s2=new SomeClass(); s3=s1;三个对象

如图所示以下线程是否互斥情况：

看一些特别的列子：s1.m1() 线程是对普通方法加锁加锁对象（对普通方法加锁是为谁调用它的对象即是s1）即与s3.m1()是互斥的。 s1.m2() 对静态方法加锁加锁对象（对静态方法加锁是所在类加锁即为someclass.class）即与s1.m5()是互斥的。

如果synchronized（ref）{} ref为null 一定有 NullPointerException异常。

二、Lock是java.util.concurrent.locks.Lock的接口

Lock有以下方法：①lock()加锁 ②lockInterruptibly()加锁，但可以被中断

③tryLock（）， tryLock（long time，TimeUnit unit）尝试加锁，返回没有加锁上false

④unlock（）解锁

有个实现类为 ReentrantLock 即有以下模块：

Lock lock =new ReentrantLock();

lock.lock();//加锁

try{//临界区代码

}finall{

lock.unlock();

}放在finall中，确保在任何情况下都可以解锁

三、解决线程安全还有：volatile ，堵塞队列BlockingQueque<>接口，wait和notify

一volatile作用：

①volatile 主要作用是保护变量的可见性

②long a=100; double a=100; 高32位+低32位分别写入，不是原子的，即volatile保护了原子性

volatile long a=100;volatile double a=100；

③SomeObject s=new SomeObject();保证对象实例化正确

1.堆里申请内存空间，初始化为0x0

2.对象初始化工作：构造代码块，属性的定义时初始化，构造方法（这才算是一个正确对象）

3.赋值给s

volatile禁止重排序，只能1->2->3,如果1->3->2在3到2之间有线程（线程调度随机）使用对象，其对象是错的即出现问题。

能准确的表明其作用是单列模式：

单列模式分为饿汉模式（在类加载期间就进行对象实例化），懒汉模式（第一次用到时进行对象的实例化）

其懒汉模式实现如下：假如多个线程走先判断对象没有实例化，对类加锁（一个线程持有锁，但这是不知道是否实例化），所以要再判断是否实例化，没有实例化进行实例化，实例化了就返回对象，这里volatile就是要确保实例化正确。

二、bockingqueque<>方法有:①put（e）加入 take（）取出 ②超时的情况offer（e，time，until）poll（time，until）

三、wait（）（等待）和notify（）(唤醒)是Object类，意味着java中所有对象都有着两种方法。wait和notify必须对等待对象进行synchronized加锁。

wait（）唤醒的情况有：①notify（）/notifyAll（）方法唤醒 ②线程被中止 ③超时（） ④假唤醒

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