Java线程安全教程

一、线程安全的核心概念

线程安全是Java并发编程的核心问题，指当多个线程同时访问一个对象时，不需要额外的同步措施，调用该对象的行为都能获得正确结果。其本质是保证共享数据的一致性，避免因线程交替执行导致的竞态条件（Race Condition）或数据不一致。

1. 线程安全的分类（按安全程度）

根据《Java并发编程实战》及Java API文档，线程安全可分为以下几类：

• 不可变（Immutable）：对象状态永不改变，天生线程安全。例如String、Integer、BigInteger等（通过final关键字修饰状态，或构造后无法修改）。

• 绝对线程安全：无论运行环境如何，调用者无需额外同步即可安全使用。这类对象极少，如Vector的get()、remove()方法虽同步，但连续调用（如遍历+删除）仍需额外同步。

• 相对线程安全：单次操作线程安全，但连续调用可能需要额外同步。Java中大多数声称线程安全的类（如Vector、Collections.synchronizedList()）均属此类。

• 线程兼容：对象本身不安全，但可通过调用端同步（如synchronized）保证安全。例如ArrayList、HashMap。

• 线程对立：无论调用端如何同步，均无法在多线程环境下安全使用（极少，如System.setOut()）。

2. 线程安全问题的根源

线程安全问题源于共享数据的非同步访问，具体表现为：

• 原子性破坏：非原子操作（如i++，包含读-改-写三步）被线程切换打断，导致更新丢失。

• 可见性缺失：线程A修改的共享变量未及时刷新到主内存，线程B读取到旧值。

• 有序性错乱：编译器/处理器的指令重排序改变执行顺序，导致逻辑错误（如单例模式的“空指针”问题）。

二、Java线程安全的实现方式

Java提供了多种机制保证线程安全，按使用复杂度和灵活性排序如下：

1. 不可变对象（最安全）

原理：对象状态永不改变，无需同步。

实现方式：

• 基本数据类型用final修饰（如final int a = 10）；

• 引用数据类型用final修饰且不暴露修改方法（如String的substring()返回新对象）；

• 使用Collections.unmodifiableXXX()包装集合（如unmodifiableList()，修改操作抛UnsupportedOperationException）。

示例：