java多线程会造成线程安全问题的原因总结

众所周知，多线程会造成线程安全问题，那么多线程为什么会导致线程安全问题呢？

一：首先了解jvm内存的运行时数据区

        1.堆区：存储对象实例（和实例变量），数组等

        2.java虚拟机栈（方法·栈），存放方法声明，局部变量，对象的引用变量，基本数据类型变量等

        3.本地方法栈：存储一些本地方法（native关键字修饰的方法，如hashCode()方法，clone方法，Thread类的star0()方法）

        4.方法区：存储类元数据，常量，静态变量等

        5.程序计数器：记录程序执行的位置，保证cpu切换上下文时,可以从上一次执行的位置开始执行

 二：内存空间的共享情况

        堆区与方法区都是线程共享的，而栈区如方法栈则是线程私有的

三：一个线程的大致组成结构

        1.每一个线程都有自己的线程栈，因此线程与线程之间是相互独立的

        2.一个线程栈里面有自己的程序计数器，方法栈等

        3.方法栈里面又是通过栈帧的形式存储局部变量表，操作数栈，方法出口等

        4.方法中的局部变量则是存储在局部变量表中，数据操作则是在操作数栈中进行

四：多线程引起线程安全原因（实质是造成了读写不一致）

        1.当多个线程操作共享空间中的变量时，就有可能造成线程安全问题（如一个线程更新变量之前，另一个线程读到了旧值并已经更新了，导致该线程再去更新时，更新的值相对来说就不正确了）

        2.结合内存空间的共享性，也就是说，当多个线程同时操作堆区中对象的成员变量，或者方法区中的静态变量时，就会造成线程安全问题

五：深入理解为什么线程之间会造成读写不一致

        首先线程并发导致安全问题的根本原因主要有3个

        1.原子性：线程切换会带来原子性问题，使用锁即可解决。java中只有简单的赋值操作，如i = 100是原子性操作，但是i = j则不是

        2.可见性：由于cpu高速缓存的存在，可能会导致线程对一个变量修改没有及时被其他线程所看见，使用volatile关键字即可解决

        3.有序性：jvm会对代码进行优化，从而会把代码进行重排序，使用volatile关键字可以禁止重排序

        注意：volatile只能保证可见性与有序性，不能保证原子性

       那么volatile是如何保证可见性与有序性的呢？

        首先说明为什么线程并发会导致可见性问题，以及可见性带来的影响

        java内存模型分为线程的工作内存（可以理解为线程栈）与主内存（可以理解为堆以及方法区）。主内存则会存放着一些共享变量；工作内存则是每一个线程独有的。当要操作主内存的变量时，线程会先从主内存中复制一份缓存到自己的工作内存，然后在自己的工作内存对值进行修改，之后再把值更新到主缓存中。因此当有一些线程事先缓存了变量或者线程修改的变量没有及时更新到主内存中，就会导致线程安全问题

        volatile则是可以保证线程修改变量后，马上更新到主内存，而且其他线程中即使缓存了该变量，也强制必须从主内存中获取值，从而解决了共享变量的可见性问题

        那为什么不能保证原子性呢？

        举个例子，比如 volatile i = 100,i++;首先一个线程读取到i = 100,然后阻塞了，另外一个线程进来，读取到 i = 100,再自增并且赋值，刷新主内存i = 101,此时其他线程对i的修改肯定是可见的，但是上一个阻塞的线程已经读到了 i = 100了，然后再++，依然是101，那么也就是说，volatile并没有保证原子性（i++有三个操作，读取，自增，赋值，java中只有简单的赋值才是原子性操作）  

五·：解决线程安全问题的思路（同时满足原子性，可见性与有序性）

        1.避免线程修改共享空间中变量的值

        2.使用无状态对象，即不共享状态（数据）给多个线程

        3.使用不可变对象，不可修改，就不会存在读写不一致的问题

        4.使用线程特有对象，如TheadLocal

        5.装饰者模式，即使用原子类，原子操作

        6.使用锁，保证线程同步，如Syconized,RetranceLock等