【多线程】多线程安全，为什么不安全，要怎么做保证其安全，实例

不熟悉多线程的同学，可以先看理论篇【多线程】线程是什么？多线程为什么？怎么做？通俗易懂讲解多线程

多线程安全是指在多线程环境下，对共享的数据进行操作时，保证这些操作能够正确、稳定地执行，不会导致数据不一致、异常等问题。多线程不安全通常是因为多个线程同时访问、修改了共享的数据，导致一些不可预料的结果。

一、多线程安全问题的原因：

• 竞态条件（Race Condition）： 多个线程同时访问共享数据，并且其中至少有一个线程对数据进行了修改，导致最后的结果取决于线程调度的顺序。
• 数据依赖性： 多个线程之间存在数据依赖关系，一个线程的执行结果影响了其他线程的执行。
• 缺乏同步： 在多线程环境中，如果没有合适的同步机制，多个线程同时对共享数据进行读写可能导致数据不一致。

二、如何保证多线程安全：

1、加锁机制：

使用锁（例如 synchronized、ReentrantLock）来保护共享资源，确保在同一时刻只有一个线程可以访问。 synchronized 可以用在方法上，也可以用在代码块上。

synchronized 是 Java 中用于实现同步的关键字。它用于控制多个线程访问共享资源时的同步操作，防止出现竞态条件（Race Condition）和数据不一致的问题。

• 同步方法：

  public synchronized void synchronizedMethod() {
      // 同步代码块
      // ...
  }
  

• 同步代码块：

      // 非同步代码
      
      synchronized (lockObject) {
          // 同步代码块
          // ...
      }
      
      // 非同步代码 	
      } 	
  

  在同步代码块中，lockObject 是用于同步的对象，也可以是 this，表示当前对象的锁。

• 同步的原理：
  Java 中的每个对象都有一个$内置锁$（Intrinsic Lock，也称为监视器锁或对象锁）。当一个线程要执行同步代码块时，它需要先获得对象的内置锁。如果锁已被其他线程占用，线程就会阻塞，直到锁被释放。

• 注意，虽然 synchronized 能够确保同一时刻只有一个线程执行同步代码块，但过多地使用 synchronized 可能会导致性能问题，因为它会引入竞争。在某些情况下，更好的选择是使用 java.util.concurrent 包中的锁或者并发工具，以提高性能和灵活性。下一小节有介绍 AtomicInteger。

2、原子操作：

使用原子类（例如 AtomicInteger、AtomicReference）来执行原子操作，确保某个操作是不可中断的。

AtomicInteger 是 Java 中 java.util.concurrent.atomic 包下的一个类，它提供了一种原子更新整型的机制，用于解决在多线程环境下对整型变量进行原子操作的问题。

• 使用方法：

  import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
  
  public class AtomicExample {
      private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
  
      public void increment() {
          // 使用原子递增操作
          counter.incrementAndGet();
      }
  
      public int getValue() {
          // 使用原子获取操作
          return counter.get();
      }
   } 
  

  在上述例子中，AtomicInteger 的 incrementAndGet() 方法用于原子递增操作，而 get() 方法用于原子获取当前值。

  AtomicInteger 还提供了其他一些方法，例如 decrementAndGet()（原子递减）、addAndGet(int delta)（原子加上指定值）、getAndIncrement()（获取并递增）等，具体使用取决于需求。

• 注意
  虽然 Atomic 类可以解决一些特定情况下的原子操作问题，但并不是适用于所有场景。在一些复杂的情况下，仍然需要使用锁或其他并发控制手段。

3、 线程安全的数据结构：

使用线程安全的集合类（例如 ConcurrentHashMap 、CopyOnWriteArrayList）来替代普通的集合类。详情参考【数据类型】ConcurrentHashMap分段锁实现高并发；与HashMap的区别

4、 避免共享：

• 尽量避免多个线程访问修改共享数据，可以通过线程本地存储（ThreadLocal）等方式，使得每个线程有自己的数据副本。详情参考【多线程】ThreadLocal 详解，举例说明

5、 使用不可变对象：

如果对象的状态不会发生改变，那么就不需要担心线程安全问题。使用不可变对象可以避免许多并发问题。

6、 使用同步工具：

使用并发工具类，如 CountDownLatch、CyclicBarrier 等，协调多个线程的执行。

7、 合理的线程设计：

合理规划线程的执行顺序，避免出现竞态条件。可以使用线程池来管理线程的执行。

注意：在实践中，选择适当的方式取决于具体的业务场景和性能要求。在确保正确性的前提下，尽量避免使用过多的同步，以提高并发性能。