线程安全问题

最新推荐文章于 2025-03-25 16:03:08 发布

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分类专栏：系统文章标签： java java-ee

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一、线程安全的概念

指的是多个线程访问同一资源时，不会引发数据不一致或其他不可预期的行为（也就是bug），且不需要额外同步机制。换句话说就是，线程安全的代码在并发执行时能够正确运行，并且确保数据的一致性。

二、线程安全产生的原因

1.随机调度，抢占式执行

什么是随机调度？操作系统中，多个线程会同时执行，但是CPU的核心数量是有限的，所以得按照某些策略来执行调度，让每一个线程都能按照一定的CPU执行。

什么是抢占式执行？就是优先级高的线程会抢占优先级低的线程的运行资源，先让优先级高的线程执行完自己的任务，再执行优先级低的线程的任务。

2.多个线程同时修改一个变量

在多线程中，如果同时修改一个变量，可能就会出现以下结果：

count初始化为0，如果t1、t2线程同时取出count，对它进行++操作的话，就会出现最终结果等于1，也就是只进行了一次++操作的结果，那是因为线程执行是并发执行的，所以他们并不一定会一个线程执行完后再执行下一个线程，他们同时执行时，取值都是0，所以看似俩次操作++，实则只是对0进行了一次++操作。

3.原子性

原子性是指操作的不可分割性，指某个操作是必须得完整的执行完，才能继续执行下一次操作。如下例：

这里能看到，我们的初衷是让俩个线程进行自加，使得count变量自加1万次，预期结果应该是count=10000,但是这里出现的结果和我们预期的不一样，这是为什么呢？其实就是因为我们没有确保count的原子性，使得它自加的时候出现了问题，如：

这里是因为count++这一步出现了问题，因为寄存器如果要从内存上++一个数据的话是要执行三条指令的，load是从内存中读取数据到寄存器中，add是在寄存器中进行count++，save是将寄存器中的数据读回内存中，因为++这个操作分为了三步，所以这里的数据就没有保持了原子性，导致线程穿插执行，使得结果不一致。

4.内存可见性

内存可见性是指一个线程对共享变量修改能够被其他线程及时、正确看到。内存可见性问题也就是当多个线程对共享变量进行修改时，线程A对共享变量修改在线程B不可见。

产生的原因：

线程缓存：每个线程都有自己的缓存，当他们修改共享变量时，是从本地缓存中读取的，而不是从主内存中读取。这种情况下就会出现共享变量没有及时更新反映到其他的线程中。
重排序优化：编译器和处理器为了提高执行效率，可能会对代码执行进行重排序（即改变操作的执行顺序）。这可能导致某些操作的顺序与程序代码中的顺序不一致，从而影响内存可见性，就比如下图，重排序后原来的顺序乱了：

四、如何解决线程安全问题

1.synchronized关键字

在解决线程安全问题里面，我们就可以使用到synchronized关键字。

这里我们将线程用上锁之后，发现count就能够按照我们的预期自加到10000，这就是因为我们用上了synchronized，怎么定义锁呢，就是实例化出一个Object的对象，将其放到synchronized的形参里面，就行成了一把锁。

synchronized主要有俩个特性，第一个特性是互斥，第二个特性是可重入；互斥，顾名思义就是不能放一起，当某个线程在执行某个对象使用synchronized的时候，其他线程如果先要用到同一个synchronized，必须要阻塞等待前一个使用完，这也是我们所说的锁竞争。

可重入也就是同一操作，你及时用多把锁锁住也不会有问题，如以下代码：

public class demo4 {
    static int count;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object locker=new Object();
        Thread t1=new Thread(()->{
            synchronized(locker){
                synchronized(locker){
                    for(int i=0;i<5000;i++){
                        count++;
                    }
                    System.out.println("线程t1结束");
                }
            }
        });
        Thread t2=new Thread(()->{
            synchronized (locker){
                synchronized (locker){
                    for(int i=0;i<5000;i++){
                        count++;
                    }
                    System.out.println("线程t2结束");
                }
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println("count="+count);
    }
}