一文读懂Java线程安全

什么是线程安全性

《Java Concurrency In Practice》对线程安全的定义如下：

当多个线程访问一个类时，如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行，并且不需要额外的同步及在调用方代码不作其他的协调，这个类的行为仍是正确的，那么称这个类是线程安全的。

简单理解就是，多线程环境下访问这个对象，我们不必考虑对象里面方法间协调的问题，对象的行为依然正确。通常这些类自己已经做好了同步等工作，比如，并发访问对象的共享变量时加上锁等同步机制。

多线程环境下，如果没有正确的同步机制，非常容易出错，比如非原子性操作导致的并发操作结果错误、线程运行顺序导致的程序错误、线程活跃性，如死锁、活锁、线程饥饿等都会导致程序结果未达预期。下面简单介绍下各种情况导致的错误及解决方案。

原子性

非原子操作在多线程程序中出错经典的例子,如，i++操作。看似一个操作，实际分成了三步，先从内存中读取，然后增加，最后写回内存。下面看个例子：

/**
 * @author kangming.ning
 * @date 2023-02-16
 * @since 1.0
 **/
public class SelfAddTest {

    static int i;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Runnable runnable=()->{
            selfAdd();
        };

        Thread thread1=new Thread(runnable);
        thread1.start();
        Thread thread2=new Thread(runnable);
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println(i);
    }

    private static void selfAdd(){
        for (int j=0;j<10000;j++){
            i++;
        }
    }
}

结果打印不定，通常小于预期值2000。这说明程序出错了。下面我们反编译class文件，看生成的汇编代码，看看i++到底生成了哪些指令（javap ）

输入指令：javap -verbose -c -l -private .\SelfAddTest.class

Last modified 2023-2-17; size 1614 bytes
  MD5 checksum 96b2b83020dc44d8755a9c241ba70d76
  Compiled from "SelfAddTest.java"
public class com.kmning.wallet.myconcurrent.SelfAddTest
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #12.#39        // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = InvokeDynamic      #0:#44         // #0:run:()Ljava/lang/Runnable;
   #3 = Class              #45            // java/lang/Thread
   #4 = Methodref          #3.#46         // java/lang/Thread."<init>":(Ljava/lang/Runnable;)V
   #5 = Methodref          #3.#47         // java/lang/Thread.start:()V
   #6 = Methodref          #3.#48         // java/lang/Thread.join:()V
   #7 = Fieldref           #49.#50        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   #8 = Fieldref           #11.#51        // com/kmning/wallet/myconcurrent/SelfAddTest.i:I
   #9 = Methodref          #52.#53        // java/io/PrintStream.println:(I)V
  #10 = Methodref          #11.#54        // com/kmning/wallet/myconcurrent/SelfAddTest.selfAdd:()V
  #11 = Class              #55            // com/kmning/wallet/myconcurrent/SelfAddTest
  #12 = Class              #56            // java/lang/Object
  #13 = Utf8               i
  #14 = Utf8               I
  #15 = Utf8               <init>
  #16 = Utf8               ()V
  #17 = Utf8               Code
  #18 = Utf8               LineNumberTable
  #19 = Utf8               LocalVariableTable
  #20 = Utf8               this
  #21 = Utf8               Lcom/kmning/wallet/myconcurrent/SelfAddTest;
  #22 = Utf8               main
  #23 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
  #24 = Utf8               args
  #25 = Utf8               [Ljava/lang/String;
  #26 = Utf8               runnable
  #27 = Utf8               Ljava/lang/Runnable;
  #28 = Utf8               thread1
  #29 &#