线程安全问题的产生条件、解决方式

1、线程安全的产生条件

■ 线程安全问题概念：

多个线程在并发下执行，对共享数据进行访问，造成执行结果 不一致 的情况。

• 线程安全产生前提： 存在多个线程、并发执行(线程之间处于争抢资源的竞争状态)、 共享数据
• 线程不安全造成的结果： 数据不一致

线程安全结果：数据一致；线程不安全结果：数据不一致

线程安全问题：就是线程不安全导致的问题

■ 并发、并行

• 并发（多个线程操作同一个资源）

  • CPU 一核，模拟出多条线程， CPU 快速交替实现 ，多个线程之间处于竞争关系，争抢资源

• 并发(多个人一个起走)

  • CPU 多核，多个线程可以同时执行，线程池

2、解决线程安全的方式

解决思路：破解产生的三个条件即可

比如使用单线程；对共享数据处理【比如数据类型是不变的、已知的线程安全的变量(线程安全集合Vector、原子操作类Atomic等)、线程私有的变量等】；对并发处理为同步【比如互斥同步、非阻塞同步】

• 同步是指在多个线程并发访问共享数据时，保证共享数据在同一个时刻只被一条线程使用。

■ 常见的线程安全的解决方式

(1) 加锁方式

• 使用 同步关键词 synchronized 或者 lock 的子类可重入锁 ReentrantLock
• 互斥同步面临的主要问题是进行线程阻塞和唤醒所带来的性能开销，因此这种同步也被称为阻塞同步。【种悲观的并发策略】
• 高并发场景，建议使用Lock锁，Lock锁要比使用Synchronize关键字在性能上有极大的提高，而且 Lock锁底层就是通过AQS+CAS机制实现的 ，而CAS 也是解决线程安全的另外一种方式。

★ 说说lock 和 synchronized 锁的区别

• synchronized 是一个 关键字，使用C++实现的，没办法控制锁的开始、锁结束，也没办法中断线程的执行

• 而 lock 是 java层面的实现，可以获取锁的状态，开启锁，释放锁，通过设置可以中断线程的执行，更加灵活

• 是否自动是否锁：synchronized 会自动是否锁，而 lock 需要手动调用unlock 方法释放，否则会死循环

lock.lock();//其他没有拿到锁的线程？阻塞 卡着不动
boolean res = lock.tryLock(1000, TimeUnit.MILLISECONDS);//一秒之后如果没有拿到锁，就返回false

lock.lockInterruptibly();//中断方法

(2) 乐观并发策略

• CAS 乐观并发策略，无锁机制

• 像线程安全的 原子操作类Atomic 底层就是使用 CAS 思想 ，只是落地实现是依赖 Unsafe 的CPU 原语级别的汇编操作

  new AtomicInteger().getAndAdd(1);//获取到当前值并加1
  // 底层实现
  public final int getAndAdd(int delta) {
     return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);
  }
  public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
     int var5;
     do {
        var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
     } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
     return var5;
  }
  

  工作中，不建议使用Unsafe 类，类名就提示你了"不安全"!

  • 基于冲突检测的乐观并发策略，通俗地说就是不管风险，先进行操作，如果没有其他线程争用共享数据，那操作就直接成功了；如果共享的数据的确被争用，产生了冲突，那再进行其他的补偿措施，最常用的补偿措施是不断地重试，直到出现 没有竞争的共享数据为止。
  • 使用乐观并发策略需要“硬件指令集的发展”？因为我们必须要求操作和冲突检测这两个步骤具备原子性。靠什么来保证原子性？==> cpu 指令

• CAS 可能出现的问题：死循环、 ABA 问题

  • ABA 问题的解决：带有 标记的 原子引用类 AtomicStampedReference ==> 类似思想"乐观锁，加版本号"

(3) 线程私有局部变量

• 线程本地存储，比如 threadLocal，线程私有的局部变量，避免的共享变量的竞争

(4) 其他方式

• 使用 volatile，利用它的可见性，禁止指令重排的特性，但原子性没法保证。在多线程下没有严格的写操作冲突同步要求，推荐使用。

  常用的场景是：使用volatile变量控制线程的终止。

• 写是复制--CopyOnWriteArrayList

  CopyOnWriteArrayList是JUC包提供的线程安全的List。

3、总结常用的解决线程安全方式

• 加锁：sync、lock
• (无锁)乐观并发：CAS
• 原子操作类：atomic
• (线程局部变量)变量不共享：threadlocal
• volatile

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