java中的线程安全（Threadsafe）及其四种策略

1.    线程安全：

    线程之间存在“竞争条件”，作用于同一个mutable数据上的多个线程，彼此之间存在对该数据的访问竞争并导致interleaving，导致post-condition可能被违反，这是不安全的。

    线程安全：ADT或方法在多线程中要执行正确。

    要做到：不违反spec，保持RI。与多少处理器，如何调度线程无关，不需要在spec中强制要求client满足某种“线程安全”的义务。

例如：Iterator就不是线程安全的，因为你不能在迭代遍历的时候改变collection。

保证线程安全，有四种策略：

（1）限制数据共享（Confinement）

（2）共享不可变数据（Immutability）

（3）共享线程安全的可变数据（Threadsafe data type）

（4）同步机制（Synchronization）

下面依次进行介绍：

2.     Confinement-限制数据共享

将可变数据限制在单一线程内部，避免竞争。

不允许任何线程直接读写该数据。

核心思想： 线程之间不共享mutable数据类型

避免全局变量：例如我们之前的单例模式（Singleton Design Pattern）就存在风险：

3.     Immutability：

    使用不可变数据类型和不可变引用，避免多线程之间的race condition。

    关于不可变的更强定义：

    （1）无mutator方法

    （2）所有属性均为private和final的

    （3）没有表示泄露

    （4）表示中没有对可变类型的变化，甚至有益的变化也不允许

    不允许子类重写方法：最简单的做法实在类前加上关键final

4.      Using Threadsafe Data Types：

       如果必须要用mutable的数据类型在多线程之间共享数据，要使用线程安全的数据类型。 

        在JDK中的类，文档中明确指明了是否threadsafe

        一般来说， JDK同时提供两个相同功能的类，一个是threadsafe，另一个不是。 原因：threadsafe的类一般性能上受影响 。

        集合类都是线程不安全的。

        因此Java API提供了进一步的decorator：

        

        进行包装（Wrap）

        

    要注意的是：

    在使用synchronizedMap(hashMap)之后，不要再把参数hashMap共享给其他线程，不要保留别名，一定要彻底销毁。

    即使在线程安全的集合类上，使用iterator也是不安全的，除非使用lock机制（后续介绍）。

5.    Locks and Synchronization：

    同步与锁，最复杂也最具有价值的threadsafe策略。

    前三种策略的核心思想：

    避免共享->即使共享，也只能读/不可写（immutable）->即使可写，共享的可写数据

    也应自己具备在多线程之间协调的能力，即使用线程安全的mutable ADT。

    而很多时候，无法满足上述三个条件。

    因此采用同步与锁策略：

     程序员来负责多线程之间对mutable数据的共享操作，通过“同步” 策略，避免多线程同时访问数据。

    一个锁就是一个线程在一个时间段对数据的占用。使用锁机制，获得对数据的独家mutation权，其他线程被阻塞，不得访问。

    lock的两个操作：

    获得与释放。

    

可以使用synchronized方法，或在方法中加入代码块：

后者需要显式的给出lock，且不一定非要是this，能提供更加精细的lock粒度。

任何共享的mutable变量/对象必须被lock保护

涉及到多个mutable变量的时候，必须被同一个lock所保护。

同步机制给性能带来很大影响，除非必要，否则不要用。Java中很多mutable 的类型都不是threadsafe就是这个原因。

尽可能减小lock的范围。

线程安全的声明：

Concurrency argument：

    threadsafe by monitor pattern：all accesses to rep are guarded by this object's lock。