线程安全问题重点

Posted 2021-12-22 一朵花花

多线程带来的的风险 - 线程安全

• 线程安全
• • 观察线程不安全
  • 线程安全的概念
  • 线程不安全的原因
  • 如何解决线程不安全问题？

线程安全

线程安全问题是多线程所涉及到的最重要的，也是最复杂的问题

观察线程不安全

public class ThreadDemo14 
    static class Counter
        public int count = 0;
        public void increase()
            count++;
        
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException 
        Counter counter = new Counter();
        Thread t1 = new Thread()
            @Override
            public void run()
                for (int i = 0; i < 50000; i++) 
                    counter.increase();
                
            
        ;
        t1.start();

        Thread t2 = new Thread()
            @Override
            public void run()
                for (int i = 0; i < 50000; i++) 
                    counter.increase();
                
            
        ;
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        // 两个线程各自自增5000次，最终预期结果，应该是10w
        System.out.println(counter.count);
    

注意：

运行结果：

多运行几次你会发现，结果并不是10w，而且每次运行的结果都不一样
上述现象：则是线程不安全
线程不安全： 多线程并发执行某个代码时，产生了逻辑上的错误，就是"线程不安全"

线程安全的概念

和线程不安全对应，线程安全就是 多线程并发执行某个代码，没有逻辑上的错误，就是"线程安全"

线程不安全的原因

思考： 为啥会出现上述情况？？？

原因：

• 线程是抢占式执行的 (线程不安全的万恶之源)
  抢占执行：线程之间的调度完全由内核负责，用户代码中感知不到，也无法控制
  线程之间谁先执行，谁后执行，谁执行到哪里从CPU上下来，这样的过程都是用户无法控制的，也是无法感知的
• 自增操作不是原子的
  每次++，都能拆分成三个步骤：
  1.把内存中的数据读取到CPU中 — load
  2.在CPU中，把数据+1 — increase
  3.把计算结束的数据写回到内存中 — save
  当CPU执行到上边三个步骤的任意一个步骤时，都可能被调度器调度走，让给其他线程来执行

画图表示：
上述代码的执行结果在范围 [5w，10w] 之间
极端情况下，
t1 和 t2 每次++ 都是纯并行的，结果就是 5w
t1 和 t2 每次++ 都是纯串行的，结果就是 10w
实际情况，一般不会这么极端，调度过程中有时候是并行，有时候是串行(多少次并行，多少次串行，这个不清楚)，因此导致最终的结果是在 [5w，10w] 之间

• 多个线程尝试修改同一个变量
  若一个线程修改一个变量，线程安全
  若多个线程尝试读取同一个变量，线程安全
  若多个线程尝试修改不同的变量，线程安全
• 内存可见性
• 指令重排序
  Java 的编译器在编译代码时，会针对指令进行优化 (优化：调整指令的先后顺序，保证原有逻辑不变的情况下， 来提高程序的运行效率)

如何解决线程不安全问题？

1.抢占式执行 — (这个没法解决，操作系统内核解决)
2.自增操作非原子 — (这个有办法，可以给自增操作加上锁) 适用范围最广
3.多个线程同时修改同一个变量 — (这个不一定有办法解决，得看具体的需求)

转下篇：锁