java线程安全理解

如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

比如一个 ArrayList 类，在添加一个元素的时候，它可能会有两步来完成：1. 在 Items[Size] 的位置存放此元素；2. 增大 Size 的值。

　　在单线程运行的情况下，如果 Size = 0，添加一个元素后，此元素在位置 0，而且 Size=1；

　　而如果是在多线程情况下，比如有两个线程，线程 A 先将元素存放在位置 0。但是此时 CPU 调度线程A暂停，线程 B 得到运行的机会。线程B也向此 ArrayList 添加元素，因为此时 Size 仍然等于 0 （注意哦，我们假设的是添加一个元素是要两个步骤哦，而线程A仅仅完成了步骤1），所以线程B也将元素存放在位置0。然后线程A和线程B都继续运行，都增加 Size 的值。

　　那好，现在我们来看看 ArrayList 的情况，元素实际上只有一个，存放在位置 0，而 Size 却等于 2。这就是“线程不安全”了。
如何做到线程安全：
四种方式   sychronized关键字

   1. sychronized method(){}

   2. sychronized (objectReference) {/*block*/}

   3. static synchronized method(){}

   4. sychronized(classname.class)

    其中1和2是代表锁当前对象，即一个对象就一个锁，3和4代表锁这个类，即这个类的锁。要注意的是sychronized method()不是锁这个函数，而是锁对象，即：如果这个类中有两个方法都是sychronized，那么只要有两个线程共享一个该类的reference，每个调用这两个方法之一，不管是否同一个方法，都会用这个对象锁进行同步。
   注意：long 和double是简单类型中两个特殊的咚咚：java读他们要读两次，所以需要同步。

线程安全性:

一个类是线程安全的是指在被多个线程访问时,类可以持续进行正确的行为.不用考虑这些线程运行时环境下的调度和交替.

编写正确的并发程序的关键在于对共享的,可变的状态进行访问管理.

解决方案有两种:

1.控制资源访问.通过锁机制来对资源的访问进行排队.这样来避免一个线程修改其他线程正在使用的对象

2.要确保当一个线程修改了对象的状态后,其他的线程能够真正知道这种变化.

资源访问控制

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1.无状态的类肯定是线程安全的,因为它不会存在交替的情况.因为所有要用到的资源都是通过参数传进去的.这样就不会存在多个线程共享资源的问题.

2.如果是有状态的类,比如它有个属性是long count;它有个方法,是让它自增:count++;http://blog.sina.com.cn/s/blog_5f54f0be0100vwh8.html此文中已经介绍了该操作并发的风险.在代码中该操作看起来是一个单独的操作,但它实际上是由三个操作组成的.所以它不是单独的,不可分割的.即:"原子性".原子性不能指程序上的最基本的数字逻辑操作,而是逻辑上的不可分割的操作.

JAVA提供了一些线程安全的类,也就是实现了原子性的类.对这些类的操作是原子性的.它们是在:java.util.concurrent.atomic包中.比如有类:AtomicLong,它是Long的原子化类.我们对long类型的count进行自增操作时,不是原子性的,但对AtomicLong调用:incrementAndGet()即是原子操作的,JAVA为我们解决了这些问题.

同时,JAVA提供了我们自己可控制的原子机制--锁.

JAVA提供了强制原子性的内置锁机制:synchronized .

我们通过 synchronized 给一个类,或一个方法或一个属性或一串操作进行锁标识.线程进入synchronized 之前会自动获得锁;在正常退出,或出现异常时,线程都会释放锁.被锁上后,其它线程只有等到锁被释放才能进入.否则只有一直等下去.所以这种做法在有些时候会极端影响效率.(静态属性或方法的锁是从Class对象上获取的)

当一个线程请求其他线程已经占有的锁时,请求被阻塞.但占有锁的那个线程是可以再次请求的.这就意味着:锁的基于线程的而不是基于请求.实现这种机制是为每个锁关联一个请求计数和一个占有它的线程.当计数为0时,表示该锁未被占有.此时线程请求时,JVM将记录锁的占有线程,并将请求计数加1.如果同一线程再次请求这个锁,计数再加1.每次退出synchronized 标识的块时计数会减1.当计数为0时,锁被释放.

并不是所有的数据都需要锁保护--只有那些被多个线程访问的可变数据才需要.过多的synchronized 会影响性能.所以我们最好是将一些需要同步的原子操作放在同步块中.如下面这种做法:

synchronized (this) {

            ++hits;

            if (i.equals(lastNumber)) {

                ++cacheHits;

                factors = lastFactors.clone();

            }

        }

        if (factors == null) {

            factors = factor(i);

            synchronized (this) {

                lastNumber = i;

                lastFactors = factors.clone();

            }

        }

如上所示.两个分离的synchronized 块中都只有很简短的代码.第一个块保护着检查再运行的操作以检查对我们很重要的状态码,另一个进行数据的更新.

共享对象

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同步的可见性:

使用了synchronized进行加锁后,一个线程在该同步块内做的操作对接下来的线程是可见的.这就是"同步"的含义.

1.当一个读线程和一个写线程同时进行时,我们不能保证读线程能及时地读取写线程写入的值.除非使用synchronized进行同步.例如下面代码所示:

private static boolean ready;

    private static int number;

    private static class ReaderThread extends Thread {

        public void run() {

            while (!ready)

                Thread.yield();

            System.out.println(number);

        }

    }

    public static void main(String[] args) {

        new ReaderThread().start();

        number = 42;

        ready = true;

    }

上面的mian主线程运行时还充当了"写线程",并且新建"读线程"并让它运行.读线程会不断的循环直到ready的值为true.但在有些情况下,上面的程序会和我们想象的输入42相异:

由于JAVA的"重排序"机制(JVM:只要代码顺序改变对结果不产生影响,那么就不能保证代码执行的顺序是书写的顺序)可能在对number设置值前ready的值就已经是true了.那么输入的结果会是0.

2.在没有同步时,我们可能就象上面一样,获得到的数据不是最新设置进去的.如:一个类有一属性,并且有它的getter,setter方法,当两个线程一个执行getter一个执行setter时,就容易出现获得到"过期数据".但给getter,setter方法加上synchronized 后可以解决这一问题.

除了过期数据,还可能出现错数据,这种问题只是存在于64位的数据.由于JVM的运算是基于32位的.即:不管是布尔值(1位),short(16位),运算时,都通过左侧补零将它扩展成32位,然后进行运算.而float,double,long 等64位的数据则被做为两个32位数进行运算.

所以,在多线程未同步时,64位数据的读取可能会返回一个值的前32位,及另一个值的后32位.通过给值加上volatile标记可以让JVM避免这种问题.如:volatile float test;

当一个域声明为volatile 类型后,编译器与运行时会监视这个变量,而且对它的操作不会与其他的内在操作重排序.它不会缓存在寄存器或者缓存在其它地方,所以读一个volatile 类型的变量时,它总是返回由某一线程所写入的最新值.我们可以将它看做轻量级的同步机制.

 private int value;

     public synchronized int get() {

        return value;

    }

     public synchronized void set(int value) {

        this.value = value;

    }

如上代码可以被:volatile private int value;以及不加同步声明的getter,setter方法所代替.但当然会牺少许功能:加锁可以保证可见性和原子性,但volatile变量只能保证可见性.所以,在不需要原子性的时候,可以用它.

http://blog.sina.com.cn/s/blog_5f54f0be0100vxb8.html

http://www.cnblogs.com/lane_yang/archive/2011/08/03/2126026.html

public class ThreadTest1{
	private int j;
	public static void main(String args[]){
		ThreadTest1 tt=new ThreadTest1();
		Inc inc=tt.new Inc();
		Dec dec=tt.new Dec();
		for(int i=0;i<2;i++){
			Thread t=new Thread(inc);
			t.start();
			t=new Thread(dec);
			t.start();
		}
	}
	private synchronized void inc(){
		j++;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-inc:"+j);
	}
	private synchronized void dec(){
		j--;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-dec:"+j);
	}
	class Inc implements Runnable{
		public void run(){
			for(int i=0;i<100;i++){
				inc();
			}
		}
	}
	class Dec implements Runnable{
		public void run(){
			for(int i=0;i<100;i++){
				dec();
			}
		}
	}
}