java线程安全
下面将从六个方面介绍
一、线程间的同步
二、线程死锁
三、多线程的特性
四、java内存模型详解
五、volatile
六、threadlocal初体验
Java内存模型：如下图
线程不安全产生的主要原因：因为多个线程共享一个内存，所以当多个线程共享一个全局变量的时候，可能会受到其他干扰。
如线程更新会先在本地内存更新，然后再同步到共享内存中，当多个线程同时读写的时候，数据会出现错误，就产生了线程不安全的现象。
注意：如果线程对自己的局部变量进行修改是不会受影响，就是没有线程安全的问题
一、线程间的同步
针对上面提到的问题，因此我没要对对象（上面提到的全局变量）加锁！即保证一次只有一个线程对对象进行操作。
本次主要为大家简单介绍两种锁
synchronized（自动锁）
lock（JDK1.5并发包，手动锁，即需要手动进行加锁以及解锁的操作）
1.1 synchronized
1.1.1简介：
使用 synchronized（obj） 对象锁，表示一次只有一个obj对象内被调用。
也可以修饰方法： public synchronized void test（），此时锁的对象默认是这个类.class文件，缺点是效率非常低。
| 问 | 答 |
|---|---|
| 使用前提 | 两个线程以上，需要同步 |
| 要求 | 多个线程需要同步 必须使用同一把锁（即obj是同一个对象） |
| 作用 | 保证同一时间只有一个线程在执行被锁住的代码块 |
| 原理 | 一次只有一个锁会拿到该对象 |
| 锁什么时候释放 | 代码执行完成之后 |
| 其他线程执行时间 | 只有在锁被释放之后其他线程才可以进行同步 |
| 同步函数使用什么锁 | 使用的是this锁即类似于 synchronized（this），对象是 类.class文件 |
| 怎么判断是否使用的同一把锁 | 在线程执行的中间更换所对象，如果输出结果没有冲突，则说明是同一把锁，即判断两把锁是否同步，只要判断锁对象是否相同即可 |
| 非静态同步函数 | 使用this锁 |
| 静态同步函数 | 使用当前字节码文件 必须明确指明 类.class锁 |
总结：
- 线程安全解决办法:
问:如何解决多线程之间线程安全问题?
答:使用多线程之间同步synchronized或使用锁(lock)。- 问:为什么使用线程同步或使用锁能解决线程安全问题呢？
答:将可能会发生数据冲突问题(线程不安全问题)，只能让当前一个线程进行执行。代码执行完成后释放锁，让后才能让其他线程进行执行。这样的话就可以解决线程不安全问题。- 问:什么是多线程之间同步？
答:当多个线程共享同一个资源,不会受到其他线程的干扰。
1.1.2 针对上述说明的相关例子：
同步代码块
- 什么是同步代码块？
答:就是将可能会发生线程安全问题的代码，给包括起来。
synchronized(同一个数据){
可能会发生线程冲突问题
}
就是同步代码块
synchronized(对象)//这个对象可以为任意对象
{
需要被同步的代码
}
对象如同锁，持有锁的线程可以在同步中执行
没持有锁的线程即使获取CPU的执行权，也进不去- 同步的前提：
1，必须要有两个或者两个以上的线程
2，必须是多个线程使用同一个锁
必须保证同步中只能有一个线程在运行
好处：解决了多线程的安全问题
弊端：多个线程需要判断锁，较为消耗资源、抢锁的资源。
private static Object oj = new Object();
public void sale() {
// 前提 多线程进行使用、多个线程只能拿到一把锁。
// 保证只能让一个线程 在执行 缺点效率降低
synchronized (oj) {
if (count > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票");
count--;
}
}
}
同步函数
- 什么是同步函数？
答：在方法上修饰synchronized 称为同步函数
public synchronized void sale() {
if (trainCount > 0) {
try {
Thread.sleep(40);
} catch (Exception e) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (100 - trainCount + 1) + "张票.");
trainCount--;
}
}
- 同步函数用的是什么锁？
答：同步函数使用this锁。
证明方式: 一个线程使用同步代码块(this明锁),另一个线程使用同步函数。如果两个线程抢票不能实现同步，那么会出现数据错误。
class ThreadTrain2 implements Runnable {
private int count = 100;
public boolean flag = true;
private static Object oj = new Object();
@Override
public void run() {
if (flag) {
while (count > 0) {
synchronized (this) {
if (count > 0) {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票");
count--;
}
}
}
} else {
while (count > 0) {
sale();
}
}
}
public synchronized void sale() {
// 前提 多线程进行使用、多个线程只能拿到一把锁。
// 保证只能让一个线程 在执行 缺点效率降低
// synchronized (oj) {
if (count > 0) {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票");
count--;
}
// }
}
}
public class ThreadDemo2 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ThreadTrain2 threadTrain1 = new ThreadTrain2();
Thread t1 = new Thread(threadTrain1, "①号窗口");
Thread t2 = new Thread(threadTrain1, "②号窗口");
t1.start();
Thread.sleep(40);
threadTrain1.flag = false;
t2.start();
}
}
- 静态同步函数
答：什么是静态同步函数？
方法上加上static关键字，使用synchronized 关键字修饰 或者使用类.class文件。
静态的同步函数使用的锁是 该函数所属字节码文件对象
可以用 getClass方法获取，也可以用当前 类名.class 表示。
synchronized (ThreadTrain.class) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (100 - trainCount + 1) + "张票.");
trainCount--;
try {
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
}
}
总结：
synchronized 修饰方法使用锁是当前this锁。
synchronized 修饰静态方法使用锁是当前类的字节码文件
二、线程死锁
即线程1需要a锁继续执行，线程2需要b锁继续执行，但是他们必须分别在自身程序执行结束之后才会释放锁，因此线程1等b锁，但是它又不能释放a锁，线程2等a锁，但它又不能释放b锁，造成互斥等待。
三、 多线程的三大特性
原子性、可见性、有序性
- 什么是原子性
即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。
一个很经典的例子就是银行账户转账问题：
比如从账户A向账户B转1000元，那么必然包括2个操作：从账户A减去1000元，往账户B加上1000元。这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。
我们操作数据也是如此，比如i = i+1；其中就包括，读取i的值，计算i，写入i。这行代码在Java中是不具备原子性的，则多线程运行肯定会出问题，所以也需要我们使用同步和lock这些东西来确保这个特性了。
原子性其实就是保证数据一致、线程安全一部分， - 什么是可见性
当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。
若两个线程在不同的cpu，那么线程1改变了i的值还没刷新到主存，线程2又使用了i，那么这个i值肯定还是之前的，线程1对变量的修改线程没看到这就是可见性问题。 - 什么是有序性
程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
一般来说处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。如下：
int a = 10; //语句1
int r = 2; //语句2
a = a + 3; //语句3
r = a*a; //语句4
则因为重排序，他还可能执行顺序为 2-1-3-4，1-3-2-4
但绝不可能 2-1-4-3，因为这打破了依赖关系。
显然重排序对单线程运行是不会有任何问题，而多线程就不一定了，所以我们在多线程编程时就得考虑这个问题了。
四、 Java 内存模型
共享内存模型指的就是Java内存模型(简称JMM)，JMM决定一个线程对共享变量的写入时,能对另一个线程可见。从抽象的角度来看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。
从上图来看，线程A与线程B之间如要通信的话，必须要经历下面2个步骤：
- 首先，线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。
- 然后，线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。
下面通过示意图来说明这两个步骤：
如上图所示，本地内存A和B有主内存中共享变量x的副本。假设初始时，这三个内存中的x值都为0。线程A在执行时，把更新后的x值（假设值为1）临时存放在自己的本地内存A中。当线程A和线程B需要通信时，线程A首先会把自己本地内存中修改后的x值刷新到主内存中，此时主内存中的x值变为了1。随后，线程B到主内存中去读取线程A更新后的x值，此时线程B的本地内存的x值也变为了1。
从整体来看，这两个步骤实质上是线程A在向线程B发送消息，而且这个通信过程必须要经过主内存。JMM通过控制主内存与每个线程的本地内存之间的交互，来为java程序员提供内存可见性保证。
总结：什么是Java内存模型：java内存模型简称jmm，定义了一个线程对另一个线程可见。共享变量存放在主内存中，每个线程都有自己的本地内存，当多个线程同时访问一个数据的时候，可能本地内存没有及时刷新到主内存，所以就会发生线程安全问题。
五、 Volatile
5.1 什么是Volatile
Volatile 关键字的作用是变量在多个线程之间可见。
class ThreadVolatileDemo extends Thread {
public boolean flag = true;
@Override
public void run() {
System.out.println("开始执行子线程....");
while (flag) {
}
System.out.println("线程停止");
}
public void setRuning(boolean flag) {
this.flag = flag;
}
}
public class ThreadVolatile {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ThreadVolatileDemo threadVolatileDemo = new ThreadVolatileDemo();
threadVolatileDemo.start();
Thread.sleep(3000);
threadVolatileDemo.setRuning(false);
System.out.println("flag 已经设置成false");
Thread.sleep(1000);
System.out.println(threadVolatileDemo.flag);
}
}
已经将结果设置为fasle为什么？还一直在运行呢。
原因:线程之间是不可见的，读取的是副本，没有及时读取到主内存结果。
解决办法使用Volatile关键字将解决线程之间可见性, 强制线程每次读取该值的时候都去“主内存”中取值
5.2 Volatile非原子性
注意: Volatile非原子性
public class VolatileNoAtomic extends Thread {
private static volatile int count;
// private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
private static void addCount() {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
count++;
// count.incrementAndGet();
}
System.out.println(count);
}
public void run() {
addCount();
}
public static void main(String[] args) {
VolatileNoAtomic[] arr = new VolatileNoAtomic[100];
for (int i = 0; i < 10; i++) {
arr[i] = new VolatileNoAtomic();
}
for (int i = 0; i < 10; i++) {
arr[i].start();
}
}
}
结果发现 数据不同步，因为Volatile不用具备原子性。
使用AtomicInteger原子类
AtomicInteger是一个提供原子操作的Integer类，通过线程安全的方式操作加减。
public class VolatileNoAtomic extends Thread {
static int count = 0;
private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
//等同于i++
atomicInteger.incrementAndGet();
}
System.out.println(count);
}
public static void main(String[] args) {
// 初始化10个线程
VolatileNoAtomic[] volatileNoAtomic = new VolatileNoAtomic[10];
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 创建
volatileNoAtomic[i] = new VolatileNoAtomic();
}
for (int i = 0; i < volatileNoAtomic.length; i++) {
volatileNoAtomic[i].start();
}
}
}
六、 ThreadLocal
6.1 什么是ThreadLocal
ThreadLocal提高一个线程的局部变量，访问某个线程拥有自己局部变量。
当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。
6.2 ThreadLocal的接口方法
ThreadLocal类接口很简单，只有4个方法，我们先来了解一下：
- void set(Object value)设置当前线程的线程局部变量的值。
- public Object get()该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。
- public void remove()将当前线程局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用，该方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是，当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作，但它可以加快内存回收的速度。
- protected Object initialValue()返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。
6.3 案例:创建三个线程，每个线程生成自己独立序列号。
代码:
class Res {
// 生成序列号共享变量
public static Integer count = 0;
public static ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal() {
protected Integer initialValue() {
return 0;
};
};
public Integer getNum() {
int count = threadLocal.get() + 1;
threadLocal.set(count);
return count;
}
}
public class ThreadLocaDemo2 extends Thread {
private Res res;
public ThreadLocaDemo2(Res res) {
this.res = res;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + "i---" + i + "--num:" + res.getNum());
}
}
public static void main(String[] args) {
Res res = new Res();
ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo1 = new ThreadLocaDemo2(res);
ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo2 = new ThreadLocaDemo2(res);
ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo3 = new ThreadLocaDemo2(res);
threadLocaDemo1.start();
threadLocaDemo2.start();
threadLocaDemo3.start();
}
}