【多线程】线程安全（重点）

1. 观察线程不安全

1.1 示例1

package Test;

//观察线程不安全
public class Test333 {
    public static int count = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //线程t1对count加10000
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                add();
            }
        });
        //线程t2对count加10000
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                add();
            }
        });
        //启动两个线程
        t1.start();
        t2.start();
        Thread.sleep(1000);
        //输出应该为20000
        System.out.println(count);
    }
    public static void add(){
        count++;
    }
}

运行两次结果：

根据运行结果可以看出，每次运行结果并不相同，但是并没有一个是正确答案，这种情况便是线程不安全。多线程环境下运行代码结果和单线程环境下结果不相同，没有达到我们预期的结果，那么这个线程就是“非线程安全”。

1.2 示例2

package Test;

import java.util.Scanner;

public class Counter {
    public int flag = 0;

    public static void main(String[] args) {
        Counter counter = new Counter();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            while (counter.flag == 0) {
            // do nothing
            }
            System.out.println("循环结束!");
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            System.out.println("输入一个整数:");
            counter.flag = scanner.nextInt();
        });
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

运行结果：

并不会结束，还在运行。
这种多线程运行结果，和我们预想的结果也不同，那么这也是非线程安全。

2. 线程不安全的原因

2.1 修改共享数据

通过上面的两次例子，我们变可以看出，他们都有一个共同的地方，就是两个线程共享数据。
那么，当一个线程修改数据途中，另一个线程启动也会修改这个数据，这样就会造成结果与预想不符，造成非线程安全。

2.2 原子性

线程原子性指一个操作是不可在分的，不可中断的，在整个操作执行完毕前，不会有其他线程对它干扰。如果一个操作是原子性的，那么就不会发生造成竞态条件出现。
相当于一个没锁的读书亭，一个人进行读书，因为读书亭没锁其他人可以随意进，从而会干扰到第一个人。而原子性就相当于给读书亭加上锁，第一个人进去时锁上门，那么就不会被打扰。
而1.1中例子，执行一个count++语句时，它并不是原子性的，分为三步：1. 读取变量count的值到CPU的寄存器中
2. 进行值加1
3. 最后将新值写回count中

当t1线程读取到数据count = 0，进行++运算中，新的值还没写回count中，t2线程也运行，最后写回count，count = 1，而不是2,造成非线程安全。

2.3 可见性

线程可见性指当一个线程修改共享资源时，其他线程能够及时知道最新值，从而不会发生线程安全事故。
示例2就是因此出现bug。

2.4 顺序性

线程顺序性就是代码重排序指代码重排序是指编译器、处理器为了提高程序性能而对程序中的指令进行重新排序的过程。在单线程环境下，重排序不会影响程序最终的执行结果，因为编译器和处理器必须保证单线程程序的语义正确。但是，在多线程环境下，重排序会对程序的并发执行产生影响，如果不加以控制，可能会导致程序出现错误。

3. synchronized同步方法

如何解决示例中的问题，是线程达到我们预期的结果，使线程安全，那么synchronized这个关键字便可以起到重要作用。

3.1 synchronized特性

3.1.1 互斥

synchronized具有互斥效果，当一个线程执行synchronized修饰对象时，其他线程在执行这个对象，便会堵塞，只有第一个线程执行结束，其他线程才可以执行这个对象。

• 进入synchronized修饰的代码块，相当于加锁
• 出相当于解锁

3.1.2 刷新内存

synchronized的工作过程：

1. 获得互斥锁
2. 从主内存拷贝变量的最新副本到工作的内存
3. 执行代码
4. 将更改后的共享变量的值刷新到主内存
5. 释放互斥锁

3.1.3 可重入

synchronized 同步块对同一条线程来说是可重入的，不会出现自己把自己锁死的问题。

// 第一次加锁, 加锁成功
lock();
// 第二次加锁, 锁已经被占用, 阻塞等待.
lock();

3.2 synchronized使用

3.2.1 直接修饰普通方法

//锁的 SynchronizedDemo 对象
public class SynchronizedDemo {
  public synchronized void methond() {
 }
}

3.2.2 修饰静态方法

//锁的 SynchronizedDemo 类的对象
public class SynchronizedDemo {
  public synchronized static void method() {
 }
}

3.2.3 修饰代码块

//明确指定锁哪个对象
public class SynchronizedDemo {
  public void method() {
    synchronized (this) {
     
   }
 }

3.3 使示例1安全

示例1只需对add()方法加锁：

    public synchronized static void add(){
        count++;
    }

那么，再次运行：

4. volatile关键字

4.1 概念

volatile只可以修饰变量，而被修饰的变量将具有可见性。 加上 volatile , 强制读写内存. 速度是慢了, 但是数据变的更准确了。
但是volatile不保证原子性，而synchronized也可以保证可见性。

4.2 使示例2安全

只需加上volatile：

    public volatile int flag = 0;

那么，安全：

5. synchronized与volatile比较

1. volatile是线程同步的轻量级实现，性能较好，但只可以修饰变量，而synchronized还可以修饰方法，代码块。开发中后者应用交多。
2. 多线程访问volatile不会堵塞，synchronized会发生堵塞。
3. volatile只可以保证可见性，不能保证原子性，synchronized都可。