多线程并发为什么不安全
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了多线程并发为什么不安全相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一、线程安全定义
? 定义：
? 多个线程访问同一个对象时，如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行，也不需要进行额外的同步，或者在调用方进行任何其他操作，调用这个对象的行为都可以获得正确的结果，那么这个对象就是线程安全的。
该定义由Brian Goetz在《Java Concurrency In Practice》(Java并发编程实战)中定义；被百度百科、《深入理解Java虚拟机2》引用；
二、并发安全问题
? 大概很多人都知道一点为什么在多线程并发时会不安全，多线程同时操作对象的属性或者状态时，会因为线程之间的信息不同步，A线程读取到的状态已经过时，而A线程并不知道。所以并发安全的本质问题在于线程之间的信息不同步！
? 分析并发不安全的现象，再一层层展示其原理。
2.1、 竞态条件
? 定义：
? 在并发编程中，由于不恰当的执行时序而出现不正确的结果。
? 案例：
? 这是一个线程不安全的方法，我们的期望是每次获取queryTimes都会将queryTimes的值+1；但是当多线程并发访问时，它的工作情况并不如我们所预想的那般；
static int queryTimes = 0;
public static int getTimes()
queryTimes = queryTimes +1;
return queryTimes;
?
案例图解：
图解说明：
当线程A进入方法获取到queryTimes=17时，线程B正准备进入方法；
当线程B获取到queryTimes=18时，线程A还未处理值；
当线程A处理queryTimes+1 = 18后，线程B随即处理queryTimes+1 = 18；
此时线程A才将处理后到结果写入queryTimes，随后B也将18写入到queryTimes；
? 根据上述，我们知道当竞态条件存在时，多个线程可能同时或者几乎同时读取到某个状态(值)，然后将处理后到值进行写入，此时我们可以说发生了数据的"脏读"
? 总结：
? 竞态条件是指多线程同时对数据进行改变，读取到脏数据或写入错数据；
2.2、 重排序、有序性、可见行
2.2.1、 指令重排序
? 定义：
? 计算机为了性能优化会对汇编指令进行重新排序，以便充分利用硬件的处理性能。
?
? 案例：
int a;
int b;
int c;
...略...
a = 1; // 步骤a
b = 2; // 步骤b
c = a + b; // 步骤c? 案例图解：
? 案例分析
- 虽然代码顺序是步骤a、步骤b、步骤c
- 但是从时间上以上三种情况都有可能
- 原因是步骤a和步骤b并没有依赖关系
- 所以为了能快点执行，计算机会调整步骤a和步骤b的顺序
- 因为步骤c依赖于步骤a和步骤b，所以重排序也会在a和b之后
2.2.2、 有序性
? 定义：
? 在Java中，单线程总是顺序执行的！
? 当编译器和处理器重排序时，必须保证，不管怎么重排序，单线程的执行结果不能被改变
2.2.3、 可见性
? 定义：
? 多线程中，若线程A中进行的每一步都可以被线程B观测到，则称线程A对线程B具有可见性。
? 线程B不仅可以看到线程A处理的结果，还能准确的知道在处理过程中，每一个状态的改变，已经状态改变的顺序；
? Java线程的通讯是透明的，线程之间不可以直接进行信息交换，所有的通讯必须同内存共享！所以多线程是天然不可见的，就是说如果不主动干涉的话，线程之间不可见，为什么呢，因为线程虽然第一步处理步骤a，第二步处理步骤b，但是先将步骤b的结果写入主内存，后将步骤a的结果写入主内存，则对观测线程来说，首先看到的是步骤b的结果，然后才是步骤a的结果！
2.3、内存模型
? Java线程模型由主内存和工作内存组成；
如图：
? 说明：
- 工作内存和主内存两部分一起组成Java线程的内存模型
- 工作内存是属于线程的，不同线程的工作内存之间不可共享，不可通讯
- 工作内存通过Load操作从主内存中读取数据，通过Save操作将数据写入主内存
- 线程之间的通讯：本质上是指通过主内存的数据共享
? 解释可见性：
? 如图，Java线程之间是不可见的，因为线程的操作都在它本身的工作内存中完成，完成后的数据再写入主内存。我们称线程之间不可见是因为线程本身没有直接通讯机制；但是线程可以通过主内存进行数据交换，也可以说线程之间可通过内存通讯；
?
? 解释有序性和无序性：
? 单线程有序，是因为单线程的数据操作本身在它私有的工作内存中进行，不管如何重排序，单线程的执行结果不可被改变，所以写入主内存的结果总是正确的。
a = 1; // 步骤a
b = 2; // 步骤b
c = a + b; // 步骤c? 线程在被观测时无序，因为当线程A中顺序执行 a = 1、b = 1时，并不能保证先将a的值写回主内存，完全有可能先将b的值写入主内存，这是不可预测的。所以在线程B中观察线程A的处理顺序，是非常不可靠的！
因为线程之间只能通过主内存来进行数据交换，所以线程B读到a=0，b=1时，在线程A中可能已经时a=1，b=1。只不过还没有及时到将a的值写入主内存。这样线程B可能误以为线程A先执行的是b=1；
三、总结
? 多线程为什么不安全？现在应该有答案了！究其根本，是因为线程之间无法准确的知道互相之间的状态。那么如何使得多线程安全呢，从内存角度来讲，保证线程的工作内存之间的可见性和有序性，是多线程并发安全的基础。例如volatile关键字和synchronized关键字，我们除了从作用上了解他们，还可以从更深层的内存语义上理解，他们之所以能够一定程度的解决线程安全问题，是因为他们约束了一定的内存处理方式！
以上是关于多线程并发为什么不安全的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
Java并发多线程编程——集合类线程不安全之HashMap的示例及解决方案