线程安全、synchronized和volatile关键字

一、什么是线程安全？

多线程下并发同时对共享数据进行读写，会造成数据混乱 = 线程不安全

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。

1.1 synchronized

synchronized中文意思是同步，也称之为“同步锁”。

synchronized的作用是保证在同一时刻，被修饰的代码块或方法只会有一个线程执行，已达到保证并发安全的效果。

synchronized是Java中解决并发问题的一种最常用的方法，也是最简单的一种方法。

synchronized可以保证原子性、可见性、有序性。

1.2 原子性

原子性操作指相应的操作是单一不可分割的操作。要想在多线程环境下保证原子性，则可以通过锁、synchronized来确保。volatile是无法保证复合操作的原子性。

1.3 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的值。

对于可见性，Java提供了volatile关键字来保证可见性。当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值。另外，通过synchronized和Lock也能够保证可见性，synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码，并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。

1.4 有序性（指令重排）

有序性最终表述的现象是CPU是否按照既定代码顺序执行依次执行指令。

在单线程的情况下只要保证最终执行结果正确即可as-if-serial。

指令重排序不会影响单个线程的执行，但是会影响到线程并发执行的正确性。也就是说，要想并发程序正确地执行，必须要保证原子性、可见性以及有序性。只要有一个没有被保证，就有可能会导致程序运行不正确。

在Java里面，可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”。另外可以通过synchronized和Lock来保证有序性，很显然，synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码，相当于是让线程顺序执行同步代码，自然就保证了有序性。

二、如何解决线程不安全

2.1 破坏临界资源

将一些共享数据设置为只读，没有写的操作，线程肯定是安全的。

2.1.2 只读

final

2.2 局部变量

将一些共享资源变成局部变量，实现线程间的隔离，每个线程的局部变量会存在栈帧中，会在每个线程的栈帧内存中被创建多份，因此不存在共享。

2.3 ThreadLocal

将共享数据在每个工作内存中各拷贝一份，达到线程之间的一个数据隔离。

2.4.1 ThreadLocal是什么？

ThreadLocal也就是线程本地变量。如果你创建了一个ThreadLocal变量，那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的一个本地拷贝，多个线程操作这个变量的时候，实际是操作自己本地内存里面的变量，从而起到线程隔离的作用，避免了线程安全问题。线程的变量副本，每个线程隔离。

ThreadLocal是整个线程的全局变量，不是整个程序的全局变量。

2.4 volatile

volatile关键字具备两个特性，一是可见性，一是有序性（禁止指令重排）。

可见性：当一个变量被声明为volatile时，它会告诉编译器和CPU将该变量存储在主内存中，而不是线程的本地内存中。即每个线程读取的都是主内存中最新的值，避免了多线程并发下的数据不一致问题。

有序性：重排序可以分为编译器重排序和处理器重排序，volatile保证有序性，就是通过分别限制这两种类型的重排序。

2.5 原子类

通过原子类来解决数值的一些累加、累减、判断、计算以及赋值等等一系列的操作。

2.6 synchronized

基本可以用来处理线程不安全的各种场景。