Java并发-了解线程安全

Posted 2020-12-31 yanwenxiong

线程不安全性

先来举例说明线程不安全是什么情况下发生的：例如一个变量可以被多个线程进行访问，那么在大量线程并发访问这个变量的情况下，线程执行的顺序会给最后的结果带来不可预估的错误。
先定义一个单例类SimpleWorkingHardSingleton：

public class SimpleWorkingHardSingleton {
    private static SimpleWorkingHardSingleton simpleSingleton = new SimpleWorkingHardSingleton();
    
    // 数量
    private int count;
    
    private SimpleWorkingHardSingleton() {
        count = 0;
    }
    
    public static SimpleWorkingHardSingleton getInstance() {
        return simpleSingleton;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
    
    public void addCount(int increment) {
        this.count += increment;
        System.out.println(this.count);
    }

}

可以看到下面这个单例若在多线程环境下运行，count是被多个线程同时操纵的变量，示例：

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            SimpleWorkingHardSingleton simpleSingleton = SimpleWorkingHardSingleton.getInstance();
            simpleSingleton.addCount(1);
        }
    }).start();
}

看输出结果（你的执行结果可能和我的不同）：

3
2
2
4
5

匪夷所思的结果，想不懂为什么会有两个2出现，1哪儿去了，为什么输出不是 1 2 3 4 5，下面就来解释一下

1. 为什么没有1？
   可能是a线程算出count=1，然后输出count的时候，此时a线程挂起，b线程执行，b线程对count自增，此时a线程再输出的时候，count已经发生了变化，这就导致了1没有被输出
2. 为什么两个2？
   可能是a，b两个线程都完成了count的计算，然后a线程输出，输出结束后立即被挂起，然后紧接着b线程立即也进行了输出，那么此时a b线程一定是输出了相同的count，就导致了相同值的出现。
3. 将循环次数加大到100或者200，就会发现最后输出的count并不会到100或者200
   这是由于count++这个操作也不是原子的，也就是说count++并不是一次性完成，而是分为3步骤。第一步，获取count；第二步，给count指向的值加1；第三步，讲计算结果写回count。因此如果三个步骤再混合上多线程执行顺序的错乱因素，就会导致不可预测的问题了。比如a线程获取count为1，此时a线程立马被挂起，b线程获取count也为1，然后a，b线程各自去执行，最后写回count都是2，这就导致了count被少加一次。

线程安全性

其实我们看到线程安全性的定义的关键点在于正确性，即在多线程的环境下，无论运行时候环境采用如何的调度方式，系统或者类或者方法总能表现出预期的相符的行为，那么就是线程安全的。

总结

1. 在多线程环境下，之所以会出现并发的线程安全性问题，是由于多个线程去操纵一个共享的变量或者一组变量，而且变量的操作过程不是原子的，那么线程的执行顺序就会干扰到变量。
2. 为了保证线程安全性，解决方法：
   • 多个线程访问一个不可变量
   • 变量不可以被多线程共享
   • 线程做同步处理（原子性处理）

参考内容

1. 书籍《Java并发编程实战》