多线程学习笔记（六）线程的安全性问题

什么是线程安全性？
　　当多个线程访问某个类,不管运行时环境采用何种调度方式或者这些线程如何交替执行,并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同,这个类都能表现出正确的行为,那么就称这个类为线程安全的。----《并发编程实战》

什么是线程不安全？
多线程并发访问时，得不到正确的结果。

从字节码角度剖析线程不安全操作（解析i++的过程）
javac -encoding UTF-8 UnsafeThread.java 编译成.class
javap -c UnsafeThread.class 进行反编译，得到相应的字节码指令

0: getstatic #2 获取指定类的静态域，并将其押入栈顶
3: iconst_1 将int型1押入栈顶
4: iadd 将栈顶两个int型相加，将结果押入栈顶
5: putstatic #2 为指定类静态域赋值
8: return

例子中，产生线程不安全问题的原因：
num++ 不是原子性操作，被拆分成好几个步骤，在多线程并发执行的情况下，因为cpu调度，多线程快递切换，有可能两个同一时刻都读取了同一个num值，之后对它进行+1操作，导致线程安全性问题。

线程安全性问题成因
1：多线程环境
2：多个线程操作同一共享资源
3：对该共享资源进行了非原子性操作

如何避免
打破成因中三点任意一点
1：多线程环境--将多线程改单线程（必要的代码，加锁访问）
2：多个线程操作同一共享资源--不共享资源（ThreadLocal、不共享、操作无状态化、不可变）
3：对该共享资源进行了非原子性操作-- 将非原子性操作改成原子性操作（加锁、使用JDK自带的原子性操作的类、JUC提供的相应的并发工具类）

什么是原子性操作
一个操作或者多个操作要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。
A想要从自己的帐户中转1000块钱到B的帐户里。那个从A开始转帐，到转帐结束的这一个过程，称之为一个事务。在这个事务里，要做如下操作：
1. 从A的帐户中减去1000块钱。如果A的帐户原来有3000块钱，现在就变成2000块钱了。
2. 在B的帐户里加1000块钱。如果B的帐户如果原来有2000块钱，现在则变成3000块钱了。
如果在A的帐户已经减去了1000块钱的时候，忽然发生了意外，比如停电什么的，导致转帐事务意外终止了，而此时B的帐户里还没有增加1000块钱。
那么，我们称这个操作失败了，要进行回滚。回滚就是回到事务开始之前的状态，也就是回到A的帐户还没减1000块的状态，B的帐户的原来的状态。
此时A的帐户仍然有3000块，B的帐户仍然有2000块。
通俗点讲：操作要成功一起成功、要失败大家一起失败

如何把非原子性操作变成原子性
volatile关键字仅仅保证可见性，并不保证原子性
synchronize关键字，使得操作具有原子性

深入理解synchronized
内置锁
每个java对象都可以用做一个实现同步的锁，这些锁称为内置锁。线程进入同步代码块或方法的时候会自动获得该锁，在退出同步代码块或方法时会释放该锁。获得内置锁的唯一途径就是进入这个锁的保护的同步代码块或方法。

互斥锁
内置锁是一个互斥锁，这就是意味着最多只有一个线程能够获得该锁，当线程A尝试去获得线程B持有的内置锁时，线程A必须等待或者阻塞，直到线程B释放这个锁，如果B线程不释放这个锁，那么A线程将永远等待下去。

修饰普通方法：锁住对象的实例
修饰静态方法：锁住整个类
修饰代码块：锁住一个对象 synchronized (lock) 即synchronized后面括号里的内容

实例一：synchronized 的使用

public class SynDome {
    //修饰普通方法：锁住对象的实例
    public synchronized void  out() throws InterruptedException {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        Thread.sleep(2000L);
    }
    //修饰静态方法：锁住整个类
    public synchronized static void staOut() throws InterruptedException {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        Thread.sleep(2000L);
    }
    //修饰代码块 锁住一个对象 synchronized (lock) 即synchronized后面括号里的内容
    private  Object lock = new Object();
    public void myOut() throws InterruptedException {
        synchronized (lock){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            Thread.sleep(2000L);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        SynDome synDome = new SynDome();
        SynDome synDome1 = new SynDome();
        new Thread(()->{
            try {
                //synDome.out();
                //synDome.staOut();
                synDome.myOut();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();

        new Thread(()->{
            try {
                //synDome1.out();
                //synDome1.staOut();
                 synDome.myOut();//锁住当前对象
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}

volatile关键字及其使用场景
能且仅能修饰变量
保证该变量的可见性，volatile关键字仅仅保证可见性，并不保证原子性
禁止指令重排序

A、B两个线程同时读取volatile关键字修饰的对象
A读取之后，修改了变量的值
修改后的值，对B线程来说，是可见

使用场景
1：作为线程开关
2：单例，修饰对象实例，禁止指令重排序

单例与线程安全
饿汉式--本身线程安全，在类加载的时候，就已经进行实例化，无论之后用不用到。如果该类比较占内存，之后又没用到，就白白浪费了资源。

懒汉式 -- 最简单的写法是非线程安全的，在需要的时候再实例化

实例二：懒汉式实例

public class LazySingleton {
    private static volatile LazySingleton  lazySingleton = null; //避免指令重排序，保证你线程安全

    private LazySingleton(){

    }

    public static LazySingleton getInstance(){
        //判断LazySingleton是否已经实例化 如果没有实例化则实例化，如果已经实例化则直接返回
        if( null == lazySingleton){
            //模拟实例化时的耗时操作
            try {
                Thread.sleep(2000L);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
          //  lazySingleton = new LazySingleton();//此时是线程不安全的
            synchronized (LazySingleton.class){ //通过synchronized修饰后变成线程安全的
                if(null == lazySingleton){
                    lazySingleton = new LazySingleton();
                }
            }
        }
        return lazySingleton;
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0 ; i < 10 ; i++){
            new Thread(()->{
                System.out.println(LazySingleton.getInstance());
            }).start();
        }
    }
}

实例三：饿汉式实例化

public class HungerSingleton {
    private static HungerSingleton ourInstance = new HungerSingleton();

    public static HungerSingleton getInstance() {
        return ourInstance;
    }

    private HungerSingleton() {
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0 ; i < 10 ; i++ ){
            new Thread(()->{
                System.out.println(HungerSingleton.getInstance());
            }).start();
        }
    }
}

原文地址：https://www.cnblogs.com/huangzhimin/p/11557677.html