一.線程不安全

多線程的執(zhí)行環(huán)境中，程序的執(zhí)行結果和預期的結果不符合，這就稱為發(fā)生了線程不安全現(xiàn)象

二.那些情況導致了線程不安全？

大致分為以下5種情況：

（1）CPU搶占執(zhí)行 （無法解決）；
（2）非原子性 ；
（3）編譯器優(yōu)化（指令重排） 編譯器優(yōu)化在單線程下執(zhí)行沒問題，多線程下優(yōu)化會發(fā)生混亂；
（4）內(nèi)存的不可見性 ；（volatile輕量級解決）
（5）多個線程修改了同一個變量。（方案：讓線程操作自己的變量可以解決該問題，但業(yè)務場景發(fā)生變化，修改難度變大，通用性不高）

三.Java中解決線程不安全的方案

1.volatile“輕量級”解決線程不安全

volatile的出現(xiàn)可以解決上圖所展現(xiàn)的內(nèi)存不可見問題以及禁止指令重排

實現(xiàn)原理：工作內(nèi)存中的變量操作結束后，強制刪除線程工作內(nèi)存中的變量，起到內(nèi)存可見注意事項：volatile不能解決原子性問題。volatile可以解決線程不安全問題是錯誤的（說法不夠嚴謹）

下面兩種方案通過對關鍵代碼加鎖，讓cpu排隊執(zhí)行，鎖操作的步驟為：
1）嘗試獲取鎖，如果拿到則加鎖，否則排隊等待獲取鎖  2）釋放鎖操作

2.synchronized自動加鎖

①synchronized進行自動加鎖和釋放鎖，是Jvm層面的解決方案

synchronized使用舉例：使用兩個線程對變量count進行一次++ 和 一次- -

沒有使用synchronized上鎖之前，由于非原子問題，兩個線程進行++和- -出現(xiàn)線程不安全問題，通過synchronized關鍵字的使用，解決了非原子問題，代碼運行實際結果和預期結果一致，保證了線程安全。

②synchronized實現(xiàn)原理：

1.基于操作系統(tǒng)而言，通過互斥鎖mutex實現(xiàn)
2.從Jvm層面來看，實現(xiàn)了一個監(jiān)視器鎖的加鎖和釋放鎖過程。

3.從Java語言本身來看，存在一個互斥鎖mutex對象，鎖存在于對象的對象頭中，對象頭中的“偏向線程ID”，表明該鎖被該線程占有，釋放鎖后，偏向線程ID消失。

mutex結構信息：

Owner代表鎖的擁有者，為null時表示鎖未使用；Nest表示鎖的使用次數(shù)，為0表示沒有被使用；此外鎖可以嵌套使用，不會發(fā)生死鎖情況。

③synchronized鎖升級過程：

沒有線程訪問時處于無鎖狀態(tài) >> 第一個線程訪問時，由無鎖狀態(tài)轉(zhuǎn)為偏向鎖 >> 輕量級鎖（其他線程嘗試獲取鎖，鎖處于自旋狀態(tài)） >> 重量級鎖（把沒有拿到鎖的線程放到等待隊列里面）

3.Lock手動上鎖

Lock需要程序員自己手動上鎖手動釋放鎖；Lock是一個interface；創(chuàng)建鎖時可以通過Lock的實現(xiàn)類ReentrantLock()完成：Lock lock = new ReentrantLock()；加鎖操作lock.lock()，釋放鎖操作lock.unlock()

使用Lock需要注意的問題：

一定要把加鎖操作lock()放在try/finally外面如果把lock()放在try中會導致兩個問題發(fā)生：
（1）try中代碼出現(xiàn)異常，此時就會執(zhí)行finally中釋放鎖的操作，如果try還沒有加鎖就去釋放鎖，勢必是不行的。
（2）try中出現(xiàn)異常后，執(zhí)行finally中釋放鎖操作，線程狀態(tài)異常會將try中業(yè)務異常覆蓋掉，增加了排除錯誤的成本。


將lock()放在try中第一句可以解決這個問題


對比發(fā)現(xiàn)，這樣做業(yè)務異常是不會被線程的狀態(tài)異常覆蓋的，方便了排查錯誤?。?！

四.公平鎖與非公平鎖機制

公平鎖線程按順序執(zhí)行；非公平鎖沒有順序，執(zhí)行效率更高；Java中默認鎖策略為非公平鎖機制synchronized鎖機制：采用非公平鎖機制Lock鎖機制：默認采用非公平鎖機制，但是可以顯示地聲明為公平鎖，比如在創(chuàng)建鎖對象時，在構造方法中傳true：Lock lock = new ReentrantLock(true)

五.volatile和synchronized的區(qū)別

volatile可以解決內(nèi)存不可見問題以及禁止指令重排序，但是不能解決非原子性問題；
synchronized可以解決大部分線程的非安全問題，保證關鍵代碼排隊執(zhí)行，無論何時鎖只被一個線程擁有，可解決非原子性問題

六.synchronized和Lock的區(qū)別

1.synchronized自動加鎖和釋放鎖，而Lock需要手動加鎖和釋放鎖；

2.synchronized是Jvm層面的實現(xiàn)，Lock是Java語言層面的實現(xiàn)；

3.適用范圍不同：synchronized可以修飾代碼塊（對任意對象加鎖）、修飾靜態(tài)方法（對當前的類進行加鎖）、修飾普通的方法（對當前的實例對象進行加鎖）；而Lock只能修飾代碼塊；

4.synchronized只有非公平鎖策略；Lock默認采用非公平鎖機制，但可以顯示聲明為公平鎖；

5.Lock的靈活性更高一些（比如：tryLock）

到此這篇關于Java中線程安全問題的文章就介紹到這了,更多相關Java線程安全內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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