如何解决线程不安全问题以及java中两种加锁

Posted 2021-05-07 讵有君@

要解决线程不安全问题，首先要了解导致线程不安全的因素：

1. CPU是抢占式执行的（万恶之源）
2. 多个线程同时修改同一个变量（即共享变量）
3. 可见性
4. 原子性
5. 指令重排序

1、2两种因素，是我们无法改变的，所以我们只能解决剩下的因素。

解决方案

• 用volatile修饰

  解决可见性：
  每个线程都有自己的工作内存，假设有两个线程，对一个count值进行修改，按一般情况是线程1对count修改为1再放入主内存，线程2再对count修改为-1，再存入主内存，但此时线程1的工作内存中count还是为1(即线程2的修改对线程1是不可见的)。但是对count进行volatile修饰，所有的线程再修改完成之后就会强制清除掉自己工作内存中的count，之后所有线程在自己工作内存中就找不到count了，就都会去找主内存的值，从而解决了内存不可见问题。

  解决指令重排序问题：禁止了指令重排序

• java中两种加锁（synchronized 和 Lock）

java中加锁

首先要先了解操作锁的流程：
①尝试获取锁；
②使用锁；
③释放锁。
我们主要关注获取锁和释放锁。

1. synchronized（jvm层的解决方案）

synchronized的底层是使用操作系统的mutex lock实现的。
当线程释放锁时，JMM（java内存模型）会把该线程对应的工作内存中的 共享变量刷新到主内存中；
当线程获取锁时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。从而使得被监视器保护的临界区代码必须从主内存中读取共享变量。
synchronized用的锁是存在Java对象头里的

synchronized的3种使用场景：
①可以修饰代码块（可给任意对象加锁）
②可以修饰静态方法（对当前的类进行加锁）
③可以修饰普通方法（对当前类实例进行加锁）

2. Lock手动锁

步骤：
①创建Lock实例

Lock lock = new ReetrantLock();

②加锁

lock.lock();

③释放锁

lock.unlock();

注意事项：
②一定要放在try外面，③一定要放在finally里面。

在java语言中，所有的锁都默认实现方式为非公平锁。
非公平锁调度：当一个线程释放锁之后，刚好有另一个线程执行到获取锁的代码，所以就直接获取锁。
公平锁调度：一个线程释放锁，然后主动唤醒需要得到锁的队列来得到锁，会有性能消耗。
所以非公平锁的性能更高。

synchronized是非公平锁，ReetrantLock也是非公平锁，但是也可以显式的声明为公平锁：

Lock lock = new ReetrantLock(true);

sychronized 和 Lock 的区别：

1. 关键字不同；
2. 前者自动加锁和释放锁，后者手动加锁和释放锁；
3. Lock是java层面来实现，而sychronized是jvm层面来实现；
4. 适用范围不同：Lock只能修饰代码块，而sychronized可以修饰前面提到的三个场景；
5. sychronized锁的模式只有公平锁模式。