作者：汤圆
个人博客：javalover.cc
前言
官人们好啊，我是汤圆，今天给大家带来的是《线程的安全性 - 并发基础篇》，希望有所帮助，谢谢
简介
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，那么就说这个类是线程安全的
目录
这次分三步走：关于相关知识点，放在文末的脑图里了，大家想看结论的，可直接下拉观看哦
- 创建一个线程安全的类
- 创建一个线程不安全的类：有一个状态变量
- 创建一个线程不安全的类：有多个状态变量
正文
线程的安全性主要是针对对象的状态（实例属性或静态属性）而言的，如果在多线程中，访问到的对象状态不一致（比如常见的自增属性），那么就是线程不安全的
下面我们一步步来
先来个无状态类
第一步：无状态类
这里我们写一个简单的线程安全类，简单到什么地步呢？如下所示
public class SafeDemo {
public int sum(int n, int m){
return n + m;
}
}
就是这么简单，我们说这个类是线程安全的
因为这个类没有状态，即无状态类；
只有局部变量n,m，而这些局部变量是存在于栈中的，栈是每个线程独有的，不跟其他线程共享，堆才共享
所以每个线程操作sum时，对应的n,m只有自己可见，当然就安全了
好了，通过上面的例子，我们知道了什么是线程安全类，那本节的内容就到此结束了，再见
上面的例子，我们举了一个无状态类，接下来我们添加一个状态试试
第二步：加一个状态变量
加一个状态变量（静态属性），代码如下
public class UnSafeDemo {
static int a = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 线程1
new Thread(()-> {
for(int j=0;j<100000;j++){
a++;
}
}).start();
// 线程2
new Thread(()-> {
for(int j=0;j<100000;j++){
a++;
}
}).start();
Thread.sleep(3000);
// 这里不是每次运行都会输出200,000
System.out.println(a);
}
}
上面我们创建了两个线程，每个线程都执行10万次的自增操作
但是因为自增不是原子操作，实际分三步：读-改-写
此时如果两个线程同时读到相同的值，则累加次数就会少一次
这种在并发编程中，由于不恰当的执行时序而出现不正确的结果的情况，叫做竞态条件
如下图所示：
期望的是正常执行，每个线程交替执行
结果却有可能是不正常的，如下
这时我们就可以说，上面加的这个状态是不安全的，结果就是整个类也是不安全的
不安全的状态有二:
-
可变状态（变量）：非final修饰的变量
-
共享状态（变量）：非局部变量
像上面这个例子，状态就同时属于可变状态和共享状态
那要怎么确保安全:
-
同步：synchronized、volatile、显式锁、原子变量（比如AtomicInteger）
-
不可变变量：final（都不能改了，当然安全了）
-
不共享变量：不在多线程中共享变量（即局部变量）
这里的自增我们就可以用同步中的原子变量来解决
修改后的代码如下：
public class SafeDemo {
static final AtomicInteger a = new AtomicInteger(0);
// static int a = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 线程1
new Thread(()-> {
for(int j=0;j<100000;j++){
// 这里的自增是原子操作
a.incrementAndGet();
}
}).start();
// 线程2
new Thread(()-> {
for(int j=0;j<100000;j++){
// 这里的自增是原子操作
a.incrementAndGet();
}
}).start();
Thread.sleep(3000);
System.out.println(a.get());
}
}
可以看到，加了AtomicInteger.incrementAndGet()方法，这个方法是原子操作
这时，不管怎么运行，都是输出200,000
第三步：加多个状态变量
上面我们加了一个状态变量，可以用原子变量来保证线程安全
那如果是多个状态变量呢？此时就算用了原子变量也不行了
因为原子变量只是保证它内部是原子操作，但是当多个原子变量放到一起组合操作时，他们之间又存在竞态条件了，就又不是原子操作了
代码如下：
public class UnSafeDemo2 {
static final AtomicInteger a = new AtomicInteger(0);
static final AtomicInteger b = new AtomicInteger(0);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(()-> {
for(int j=0;j<10000;j++){
a.incrementAndGet();
b.incrementAndGet();
if(a.get()!=b.get()){
// 理想状态的话，不会运行到这里，因为a和b是一起自增的
// 但是大部分时候都是不正常的，因为a和b各自是原子操作，但是放到一起就不是原子操作了
System.out.println(1);
}
}
}).start();
new Thread(()-> {
for(int j=0;j<10000;j++){
a.incrementAndGet();
b.incrementAndGet();
if(a.get()!=b.get()){
// 理想状态的话，不会运行到这里，因为a和b是一起自增的
// 但是大部分时候都是不正常的，因为a和b各自是原子操作，但是放到一起就不是原子操作了
System.out.println(2);
}
}
}).start();
}
}
上面多次运行，会发现基本上每次都会打印1和2，就是因为这两个线程之间存在竞态条件
上锁
代码如下：
public class UnSafeDemo2 {
static final AtomicInteger a = new AtomicInteger(0);
static final AtomicInteger b = new AtomicInteger(0);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 单独创建一个对象，用来充当锁
UnSafeDemo2 unSafeDemo2 = new UnSafeDemo2();
new Thread(()-> {
for(int j=0;j<10000;j++){
// 这里加了锁
synchronized (unSafeDemo2){
a.incrementAndGet();
b.incrementAndGet();
if(a.get()!=b.get()){
// 现在肯定是理想状态，不会运行到这里
System.out.println(1);
}
}
}
}).start();
new Thread(()-> {
for(int j=0;j<10000;j++){
// 这里加了锁
synchronized (unSafeDemo2){
a.incrementAndGet();
b.incrementAndGet();
if(a.get()!=b.get()){
// 现在肯定是理想状态，不会运行到这里
System.out.println(2);
}
}
}
}).start();
}
}
这里用到的锁为内置锁，还有很多其他锁，这里就不展开了（后面章节再介绍）
内置锁也叫监视器锁
特点：
-
互斥性：即一个线程持有锁，其他线程就要等待锁释放后才可以获取锁
-
可重入性：如果某个线程尝试去获取一个锁，而这个锁之前就是这个线程所持有的，那么这个线程就可以再次获取到锁
-
好处：
- 避免了死锁：比如一个子类继承父类的synchronized方法，并显示调用父类的synchronized方法，如果不可重入，那么在子类中获取的锁，调用子类的fun方法是没问题的，但是调用父类的fun方法时，会提示上了锁，从而被阻塞，此时就会死锁（自己持有锁，还有再去获取锁，但是又获取不到）
-
缺点：
- 跟状态有关的方法都需要上锁：操作麻烦，其实就是类的每个方法都需要上锁，如果后面添加了一个方法，忘记加锁，那还是有安全问题（比如被官人们遗弃的Vector）
- 性能问题：整个方法都上锁，性能很低，尤其是一些耗时操作，比如网络IO这种容易阻塞的操作
-
解决：
- 缩小锁的范围
- 将耗时长的操作（前提是操作与状态无关），放到同步之外的代码块
-
好了，差不多先这些吧，后面还有太多东西了，慢慢来吧。
毕竟我们都一大把年纪了，身体要紧呐。
总结
懒了懒了，直接贴图了（敲的脑仁疼），图做的不是很好，不过应该能看懂，望见谅哈
参考内容：
- 《Java并发编程实战》
- 《实战Java高并发》
后记
最后，感谢大家的观看，谢谢
原创不易，期待官人们的三连哟