线程安全问题

线程安全问题

线程安全指内存安全。（为什么这么说，因为和操作系统有关）
目前的主操作系统都是多任务的，即多个进程同时运行的。为了保证安全，每个进程只能访问分配给自己的内存空间，而不能访问别的进程，这是由操作系统保障的。
在每个进程的内存空间中都会有一块特殊的公共区域，通常称为堆（内存），进程中所有的线程都可以访问到该区域，这就导致了问题的产生。
我们可以把进程看做是一栋房子，线程是住在这个房子里的人。如果这个房子里只住着一个人，那么房子里的所有资源就不会存在线程安全问题，如果住了多个人（例如唐僧师徒4人），那么公共厕所的使用就会出现问题，我们都知道一个时间点上只能有一个人使用，如果唐在使用，此时猪八戒想上厕所，那么他就要排队等待，或者放弃去找其他厕所或者干一架，打赢就可可使用。显然如果不事先制定规则，就会出现干一架的可能性。
对于这种情况有三种处理方式：

1. 私有化（私有的东西就不该让别人知道）
   假使这个房子4个各住一个房间，每个房间都装一个厕所，那么就不会出现抢厕所的问题。在程序中也是这样的，每个线程都会有自己的私有内存空间（栈），其他线程无法访问，如果某些资源（数据）只被一个线程使用，那么就存在栈内存中，比较常见的就是局部变量。

2. 大家不要抢，人人有份
   上面的解决方案是基于“位置”的，因为每个房间都只能自己进去，所以不存在大家抢厕所的问题，所以是安全的。假如厕所就是要放在公共区域，让大家都能使用，那么就不能私有化（在程序中即不能将类变量变成局部变量）。
   对于这种情况就应该是大家不要抢，人人有份，就是在公共区域建立4个以上的厕所，那么无论何时，每个人都能使用一个厕所，就不会出现干一架的情况，即是安全的。在程序里，要让公共区域的堆内存中的数据对于每个线程是安全的，就让每个线程拷贝一份，每个线程只处理拷贝的那一份，那么就不会影响其他线程了。即ThreadLocal类。
   直白些：就是把堆内存中的一个数据复制N份（N份是都在公共区域的），每个线程认领1份，同时规定好，每个线程只能玩自己的那份，不准影响别人的。

3. 只能看，不能摸
   放在公共区域的资源，只是存在潜在安全风险，并不一定就不安全。有些资源放在公共区域就十分安全，例如挂在客厅的名贵画，写着只能看，不能摸。在程序里就是只能读取，不能修改。

   小节一下：以上三种解决方案，其实都是在“耍花招”。
   第一种，找个只有自己访问的地方建立一个厕所，当然安全了。
   第二种，每人复制1份，各玩各的，互不影响，当然也安全了。
   第三种，更狠了，直接规定，只能读取，禁止修改，当然也安全了。
   

   这三种都是建立在规则下的，有点“理想化”了，现实情况可能比较混乱，没有规则。

4. 没有规则，就先入为主
   例如，餐桌和煤气灶，当唐发现餐桌和煤气灶都没有人用就去做饭，做到一半的时候，孙悟空也来做饭，就占着桌子，当唐做完，发现餐桌有人了，也只能等待，虽然之前没有人，但是不能规定之后也没有人。
   针对这种情况，可以找个人占着，然后唐去做饭，当孙过来时，发现餐桌有人了，就没办法占着了。程序里就是堆内存的资源，要被多个线程操作时，为了确保数据安全性，就在数据边放一把锁，要想操作数据，就得先获得锁。只要前一个人不释放锁，后一个人就不能操作该公共资源。即对应的互斥锁。
   互斥锁很影响性能。对于一些产生线程安全很小或者几乎不会有的情况，可以不使用互斥锁。即下面要说的

5. 相信世界充满爱，即使被伤害
   栗子：当我们把1万块钱仍在热闹的大街上，机会百分之百会丢，如果仍在去人区，几乎不会丢。所以线程安全的产生也和公共区域的环境状况有关。程序里，如果把数据放到内存，但始终只有一个线程，即单线程模式，那么这个数据肯定是安全的。2个和2000个线程操作同一个数据，这个数据的安全概率是不一样的，线程越多，安全概率越小，越少越安全。取极限的情况，只有一个线程，那么就是百分百安全。即CAS
   CAS(Compare And Swap):一个线程操作一个数据，干了一半活，发现累了，于是记录这个数据的当前状态，就回去睡觉了，醒来后，打算继续干，但又担心数据可能被修改了，于是拿睡觉前保存的数据状态和当前的数据状态对比一下，如果一样，就继续干，不一样就放弃从头开始干。（如果被人改了，又改回来了，这是ABA情况），故CAS,不适用高并发的情况，因为只要被改了就要从头再来，很浪费资源。
   而对于ABA的情况，可以加一个版本号，例如睡觉前数据是5版本号是0，醒来后数据是5，版本号是0，表示没人改过；如果数据是5，版本号不为0，则可能被改了多次，最后又改回5。
   讲到这，我们已经知道互斥锁是悲观锁，CAS是乐观锁。

   小结：
   前两种属于隔离法，一个是位置隔离，一个是数据隔离。
   然后两种是标记法，一个是只读标记，一个是加锁标记。
   最后一种是大胆法，先来怼一把试试，若不行从头再来。