什么是线程安全

多线程

为了提高CPU的使用率，cpu在同一时刻执行多个任务。在jvm的世界里，线程就像不相干的平行空间，串行在虚拟机中，java采用多线程的方式去同时完成几件事情而不互相干扰。
要了解多线程，首先要了解串行和并行的概念，这样才能更好地理解多线程。

串行

串行其实是相对于单条线程来执行多个任务来说的，就拿下载文件来举个例子：当下载多个文件时，在串行中它是按照一定的顺序去进行下载的，也就是说，必须等下载完A文件之后才能开始下载B文件，它们在时间上是不可能发生重叠的。

并行

下载多个文件，开启多条线程，多个文件同时进行下载，严格意义上的，在同一时刻发生的，并行在时间上是重叠的。（即同一时刻下载A、B文件。）

什么是线程安全？

既然是线程安全问题，那么肯定是在多个线程访问的情况下产生的，没有按照我们预期的行为执行，那么线程就不安全了。也就是说我们想要确保在多线程访问的时候，我们的程序还能按照我们预期的行为去执行，那么就是线程安全。

/**
 * @Author 安仔夏天勤奋
 * Create Date is  2019/3/28
 * Des
 */
public class TestThread {
    private static class XRunnable implements Runnable{
        private int count;
        @Override
        public void run() {
            for(int i=0;i<5;i++){
                getCount();
            }
        }
        private void getCount(){
            count++;
            //打印 计数值
            System.out.println(""+count);
        }
    }
    public static void main(String []arg){
        XRunnable runnable = new XRunnable();
        Thread a_thread = new Thread(runnable);
        Thread b_thread = new Thread(runnable);
        Thread c_thread = new Thread(runnable);
        a_thread.start();
        b_thread.start();
        c_thread.start();
    }
}

打印出的结果是

1
2
2
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Process finished with exit code 0

从代码上看出，启动三个线程，每个线程都是循环5次得出顺序是1到15的结果。从结果可以看到，出现了两个2，出现这种情况显然表明这个方法根本就不是线程安全的，出现这种问题的原因有很多。

如何确保线程安全？

既然存在线程安全的问题，那么肯定得想办法解决这个问题，怎么解决？说说常见的几种方式。先上图，后分析。

不可变(final)

在java语言中，不可变的对象一定是线程安全的，无论是对象的方法实现还是方法的调用者，都不需要再采取任何的线程安全保障措施。final关键字修饰的类或数据不可修改，可靠性最高。如 String类，Integer类。

线程封闭

多线程访问共享数据为了安全性通常需要同步，如果仅在单线程内访问数据就不需要同步，这种避免共享数据的技术称为线程封闭。线程封闭有三种：

Ad-hoc 线程封闭

Ad-hoc线程封闭是指维护线程封闭性的职责完全由程序实现来承担。Ad-hoc线程封闭是非常脆弱的，因为没有任何一种语言特性，例如可见性修饰符或局部变量，能将对象封闭到目标线程上。事实上，对线程封闭对象（例如，GUI应用程序中的可视化组件或数据模型等）的引用通常保存在公有变量中。

ThreadLocal线程封闭

它是一个特别好的封闭方法，其实ThreadLocal内部维护了一个map,map的key是每个线程的名称，而map的value就是我们要封闭的对象。ThreadLocal提供了get、set、remove方法，每个操作都是基于当前线程的，所以它是线程安全的。
参考 https://blog.csdn.net/forezp/article/details/77620769

堆栈封闭

堆栈封闭其实就是方法中定义局部变量。不存在并发问题。多个线程访问一个方法的时候，方法中的局部变量都会被拷贝一份到线程的栈中（Java内存模型），所以局部变量是不会被多个线程所共享的。

同步

• 悲观锁
• 非阻塞同步（乐观锁）
• 锁优化（过度优化）

悲观锁

同步的最常用的方法是使用锁(Lock)，它是一种非强制机制。
每个线程在访问数据或资源之前首先试图获取锁，并在访问结束之后释放锁；
在锁已经被占用的时候试图获取锁时，线程会等待，直到锁重新可用。

• synchronized
  用来控制线程同步，保证我们的线程在多线程环境下，不被多个线程同时执行，确保我们数据的完整性。
  注意： 同一个线程调用自己类中其他synchronized方法/块时不会阻碍该线程的执行，同一个线程对同一个对象锁是可重入的，同一个线程可以获取同一把锁多次，也就是可以多次重入。原因是Java中线程获得对象锁的操作是以线程为单位的，而不是以调用为单位的。
  注意缩小synchronized的使用范围，减少资源浪费。

• Lock.lock()/Lock.unLock()
  ReentrantReadWriteLock是Lock的另一种实现方式，我们已经知道了ReentrantLock是一个排他锁，同一时间只允许一个线程访问，而ReentrantReadWriteLock允许多个读线程同时访问，但不允许写线程和读线程、写线程和写线程同时访问。相对于排他锁，提高了并发性。
  ReentrantLock也是通过互斥来实现同步。在基本用法上，ReentrantLock与synchronized很相似，他们都具备一样的线程重入特性。

synchronize和ReentrantReadWriteLock都可以保证可见性。

非阻塞同步（乐观锁）

随着硬件指令集的发展，出现了基于冲突检测的乐观并发策略，通俗地说，就是先进行操作，如果没有其他线程争用共享数据，那操作就成功了；如果共享数据有争用，产生了冲突，那就再采用其他的补偿措施。（最常见的补偿错误就是不断地重试，直到成功为止），这种乐观的并发策略的许多实现都不需要把线程挂起，因此这种同步操作称为非阻塞同步。

• volatile
  volatile来保证可见性，当一个变量被volatile修饰后，表示着线程本地内存无效，当一个线程修改共享变量后他会立即被更新到主内存中，当其他线程读取共享变量时，它会直接从主内存中读取。volatile也可以保证线程可见性且提供了一定的有序性，但是无法保证原子性。在JVM底层volatile是采用“内存屏障”来实现的。

工具类

同步容器

工具有Vector、HashTable、Collections.synchroniedXXX()。

并发容器（JUC）

ConcurrentHashMap在jdk1.6中 segment分段锁，读写锁。缺点：弱一致性。

Volative 保证可见性，读写锁。缺点：内存占用，弱一致性

JUC同步器 AQS

总结

总体来说线程安全在三个方面体现

原子性：提供互斥访问，同一时刻只能有一个线程对数据进行操作，（atomic,synchronized）。
可见性：一个线程对主内存的修改可以及时地被其他线程看到，（synchronized,volatile）。
有序性：一个线程观察其他线程中的指令执行顺序，由于指令重排序，该观察结果一般杂乱无序，（Java提供volatile来保证一定的有序性，happens-before原则）。

参考链接 https://www.jianshu.com/p/207ac3c11975