并发编程——6.线程的安全

这篇文章我们主要来讲一下并发编程中的线程安全问题。

前面的几篇文章，我们讲解了什么是线程，以及关于线程性能的问题（即用线程池来避免重复创建线程造成资源损耗的问题），下面我们来了解一下线程安全的相关问题

目录

1.什么是线程安全

1.1相关介绍

1.2原子性

1.3可见性

1.4有序性

2.如何保证线程安全

2.1破坏临界资源

2.1.1只读

2.1.2局部变量

2.2ThreadLocal

2.2.1ThreadLocal及其底层原理和注意事项

2.2.2ThreadLocal的子类InheritableThreadLocal

2.3volatile

2.4原子类

3.小结

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1.什么是线程安全

1.1相关介绍

要想知道什么是线程安全，就要知道什么是线程不安全

线程不安全：多线程下并发同时对共享数据进行读写，造成数据混乱的情况

举例说明：有一份商品，数量为10个，现在有并发的五个线程进行购买操作，首先每个线程读取商品数量即10，然后每个线程执行购买操作即商品数量减一，然后五个线程将操作完成的数据写进数据库即商品数量变为9，这明显是错误的，这就是线程不安全的情况。

线程安全就是为了避免线程不安全的情况出现。

当多线程并发访问临界资源时，如果破坏其原子性、可见性、有序性，可能会造成数据不一致。

临界资源：共享资源（同一对象）同时读写，一次仅允许一个线程使用，才可保证其正确性

下面用代码演示一下线程不安全的实例：

创建一个商品变量，初始值为1000000，然后线程执行的代码就是购买一个该商品。然后，再创建一个线程池，执行1000000个任务，然后打印输出剩余商品的数量。

如果是线程安全的，那么商品的剩余数量为0，下面看一下结果：

很明显商品数量不为0。这就是线程不安全的情况。

1.2原子性

前面说了，当多线程并发访问临界资源时，因为破坏其原子性、可见性、有序性，所以造成了数据不一致。下面讲一下什么是原子性

原子性操作指相应的操作是单一不可分割的操作。在我们学化学这门课程的时候，对于里面讲到的原子性相信大家都非常明白，原子是微观世界中最小的不可再进行分割的单元，原子是最小的粒子。java里面的原子性操作也是如此，它代表着一个操作不能再进行分割是最小的执行单元，或者一系列操作要么全部成功执行，要么全部执行失败，不允许中间某一些成功失败，类比如事物控制，要么全部提交要么全部回滚。

下面根据几个例子来分析下原子性操作:

i = 0 ;
j = i ;
i++ ;
i = j + 1 ;

上面四句代码，只有第一句是原子性操作，其余三句都不是

再看我们前面举的例子：

正是因为 stock-- 这句操作不是原子性操作，所以才出现线程不安全的情况。

那怎么保证原子性操作呢？我们可以通过锁、synchronized来确保，具体的我们后面会讲。

1.3可见性

下面讲一下可见性

可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改后的值。

下面来看一下例子：

初始 always 为 true，然后子线程根据always的值进行循环，主线程先睡眠2s，然后修改always的值。

正常情况下，2s过后，always的值被修改，然后子线程的循环结束，代码结束。下面我们来看一下运行结果：

显然，上面的程序是有问题的，是线程不安全的。

为什么会出现一直运行的情况呢？分析情况可以推理出来：子线程没有读取到被修改后的always值。为什么没读取到？这就涉及到JMM模型，下面根据上面的例子