Java中線程安全問(wèn)題

更新時(shí)間：2021年05月11日 11:02:05 作者：IT BOY

這篇文章主要介紹了Java中線程安全問(wèn)題,本文給大家介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值，需要的朋友可以參考下

一.線程不安全

多線程的執(zhí)行環(huán)境中，程序的執(zhí)行結(jié)果和預(yù)期的結(jié)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(dǎo)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(wú)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(méi)問(wèn)題，多線程下優(yōu)化會(huì)發(fā)生混亂；
（4）內(nèi)存的不可見(jiàn)性；（volatile輕量級(jí)解決）
（5）多個(gè)線程修改了同一個(gè)變量。（方案：讓線程操作自己的變量可以解決該問(wèn)題，但業(yè)務(wù)場(chǎng)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(jí)”解決線程不安全

在這里插入圖片描述

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

實(shí)現(xiàn)原理：工作內(nèi)存中的變量操作結(jié)束后，強(qiáng)制刪除線程工作內(nèi)存中的變量，起到內(nèi)存可見(jiàn)注意事項(xiàng)：volatile不能解決原子性問(wèn)題。volatile可以解決線程不安全問(wèn)題是錯(cuò)誤的（說(shuō)法不夠嚴(yán)謹(jǐn)）

下面兩種方案通過(guò)對(duì)關(guān)鍵代碼加鎖，讓cpu排隊(duì)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(duì)等待獲取鎖 2）釋放鎖操作

2.synchronized自動(dòng)加鎖

①synchronized進(jìn)行自動(dòng)加鎖和釋放鎖，是Jvm層面的解決方案

synchronized使用舉例：使用兩個(gè)線程對(duì)變量count進(jìn)行一次++ 和一次- -

在這里插入圖片描述

沒(méi)有使用synchronized上鎖之前，由于非原子問(wèn)題，兩個(gè)線程進(jìn)行++和- -出現(xiàn)線程不安全問(wèn)題，通過(guò)synchronized關(guān)鍵字的使用，解決了非原子問(wèn)題，代碼運(yùn)行實(shí)際結(jié)果和預(yù)期結(jié)果一致，保證了線程安全。

②synchronized實(shí)現(xiàn)原理：

1.基于操作系統(tǒng)而言，通過(guò)互斥鎖mutex實(shí)現(xiàn)
2.從Jvm層面來(lái)看，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)監(jiān)視器鎖的加鎖和釋放鎖過(guò)程。

3.從Java語(yǔ)言本身來(lái)看，存在一個(gè)互斥鎖mutex對(duì)象，鎖存在于對(duì)象的對(duì)象頭中，對(duì)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(jié)構(gòu)信息：

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

③synchronized鎖升級(jí)過(guò)程：

沒(méi)有線程訪問(wèn)時(shí)處于無(wú)鎖狀態(tài) >> 第一個(gè)線程訪問(wèn)時(shí)，由無(wú)鎖狀態(tài)轉(zhuǎn)為偏向鎖 >> 輕量級(jí)鎖（其他線程嘗試獲取鎖，鎖處于自旋狀態(tài)） >> 重量級(jí)鎖（把沒(méi)有拿到鎖的線程放到等待隊(duì)列里面）

3.Lock手動(dòng)上鎖

Lock需要程序員自己手動(dòng)上鎖手動(dòng)釋放鎖；Lock是一個(gè)interface；創(chuàng)建鎖時(shí)可以通過(guò)Lock的實(shí)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(wèn)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(huì)導(dǎo)致兩個(gè)問(wèn)題發(fā)生：
（1）try中代碼出現(xiàn)異常，此時(shí)就會(huì)執(zhí)行finally中釋放鎖的操作，如果try還沒(méi)有加鎖就去釋放鎖，勢(shì)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(huì)將try中業(yè)務(wù)異常覆蓋掉，增加了排除錯(cuò)誤的成本。

將lock()放在try中第一句可以解決這個(gè)問(wèn)題

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，這樣做業(yè)務(wù)異常是不會(huì)被線程的狀態(tài)異常覆蓋的，方便了排查錯(cuò)誤?。。?

四.公平鎖與非公平鎖機(jī)制

公平鎖線程按順序執(zhí)行；非公平鎖沒(méi)有順序，執(zhí)行效率更高；Java中默認(rèn)鎖策略為非公平鎖機(jī)制synchronized鎖機(jī)制：采用非公平鎖機(jī)制Lock鎖機(jī)制：默認(rèn)采用非公平鎖機(jī)制，但是可以顯示地聲明為公平鎖，比如在創(chuàng)建鎖對(duì)象時(shí)，在構(gòu)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(jiàn)問(wèn)題以及禁止指令重排序，但是不能解決非原子性問(wèn)題；
synchronized可以解決大部分線程的非安全問(wèn)題，保證關(guān)鍵代碼排隊(duì)執(zhí)行，無(wú)論何時(shí)鎖只被一個(gè)線程擁有，可解決非原子性問(wèn)題