线程安全性

Posted 2023-02-15 大数据最好

一、线程安全性

  要编写线程安全的代码，其核心在于要对状态访问操作进行管理，特别是对共享的和可变的状态访问。共享意味着变量可以由多个线程同时访问，可变意味着变量的值在其生命周期内可以发生变化。
  当多个线程访问某个状态变量并且其中有一个线程执行写入操作时，必须采用同步机制来协同这些线程对变量的访问。java中的主要同步机制是关键字synchronized它提供了一种独占锁的方式，但“同步”这个术语还包括volatile类型的变量，显式锁及原子变量。
  如果有多个线程访问同一个可变的状态变量时没有使用合适的同步，那么程序就会出现错误。有三种方式可以避免多线程引起的这种错误：

• 不在线程之间共享状态变量
• 将状态变量修改为不可变的变的变量
• 在访问状态变量时使用同步

  在程序设计时，要知道，访问某个变量的代码越少，就越容易确保对变量的所有访问都实现正确的同步，同时也更容易找出变量哪些条件下被访问。这样可以让我们在维护和修改代码上更加容易。当设计线程安全的类时，良好的面向对象技术、不可修改性，以及明晰的不变性规范都能起到一定的帮助作用。

首先使代码正确运行，然后再提高代码的速度。

问题来了，什么是线程安全性？
  当多个线程访问某个类时，不管运行时环境采用何种调度方式或者这些线程将如何交替执行，并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同，这个类都能表现出正确的行为，那么就称这个类是线程安全的。

  下面两节将介绍引起线程安全问题的主要原因—竞态条件，以及解决线程安全问题的主要方式—加锁机制。

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二、竞态条件

当某个计算的正确性取决于多个线程的交替执行时序时，就回发生竞态条件。导致竞态条件发生的这段代码，称为临界区，在临界区中加同步机制，就可以避免竞态条件的发生，临界区实现方法有两种，一种是用synchronized，一种是用Lock显式锁实现。

三、加锁机制

1.内置锁

java提供了一种内置的锁机制来支持原子性：同步代码块。以关键字synchronized来修饰的方法就是一种横跨整个方法体的同步代码块，其中该同步代码块的锁就是方法调用所在的对象。

synchronized(lock)
 //访问或修改由锁保护的共享状态

每个java对象都可以用作一个实现同步的锁，这些锁被称为内置锁。线程在进入同步代码块之前会自动获得锁，并且在推出的时候自动释放锁，而不论时通过正常的控制路径推出，还是通过从代码块中抛出衣长退出。获得内置锁的唯一途径就是进入由这个锁保护的同步代码块或方法。
java的内置锁是一种互斥锁，这意味着最多只有一个线程能持有这种锁。因此，由这个锁保护的同步代码块以原子方式执行，多个线程在执行该代码块时也不会互相干扰。

2.重入

当某个线程请求一个由其他线程持有的锁时，发出请求的线程就会被阻塞。然而，由于内置锁是可重入的，因此如果某个线程试图获得一个已经由它自己持有的锁，那么这个请求就会成功。
重入的一种实现方法是，为每个锁关联一个获取计数值和一个所有者线程。当计数值为0时，这个锁就被认为没有一个线程持有，当线程请求一个未被持有的锁时，JVM将记下锁的持有者，并在计数器上加1，如果同一个线程再次获取这个锁，计数值将递增，而当线程退出同步代码块时，计数器会相应递减，当计数值为0时，这个锁将被释放。