如何解决线程安全问题

Posted 2020-08-08 一步一个脚印，坚持

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一.什么时候会出现线程安全问题？

　　在单线程中不会出现线程安全问题，而在多线程编程中，有可能会出现同时访问同一个资源的情况，这种资源可以是各种类型的的资源：一个变量、一个对象、一个文件、一个数据库表等，而当多个线程同时访问同一个资源的时候，就会存在一个问题：

　　由于每个线程执行的过程是不可控的，所以很可能导致最终的结果与实际上的愿望相违背或者直接导致程序出错。

　　举个简单的例子：

　　现在有两个线程分别从网络上读取数据，然后插入一张数据库表中，要求不能插入重复的数据。

　　那么必然在插入数据的过程中存在两个操作：

　　1）检查数据库中是否存在该条数据；

　　2）如果存在，则不插入；如果不存在，则插入到数据库中。

　　假如两个线程分别用thread-1和thread-2表示，某一时刻，thread-1和thread-2都读取到了数据X，那么可能会发生这种情况：

　　thread-1去检查数据库中是否存在数据X，然后thread-2也接着去检查数据库中是否存在数据X。

　　结果两个线程检查的结果都是数据库中不存在数据X，那么两个线程都分别将数据X插入数据库表当中。

　　这个就是线程安全问题，即多个线程同时访问一个资源时，会导致程序运行结果并不是想看到的结果。

　　这里面，这个资源被称为：临界资源（也有称为共享资源）。

　　也就是说，当多个线程同时访问临界资源（一个对象，对象中的属性，一个文件，一个数据库等）时，就可能会产生线程安全问题。

　　不过，当多个线程执行一个方法，方法内部的局部变量并不是临界资源，因为方法是在栈上执行的，而Java栈是线程私有的，因此不会产生线程安全问题。

二.如何解决线程安全问题？

基本上所有的并发模式在解决线程安全问题上，都采用“序列化访问临界资源”的方案，即在同一时刻，只能有一个线程访问临界资源，也称同步互斥访问。

　通常来说，是在访问临界资源的代码前面加上一个锁，当访问完临界资源后释放锁，让其他线程继续访问。

　　在Java中，提供了两种方式来实现同步互斥访问：synchronized和Lock。

　　本文主要讲述synchronized的使用方法，Lock的使用方法在下一篇博文中讲述。

三.synchronized同步方法或者同步块

　　在了解synchronized关键字的使用方法之前，我们先来看一个概念：互斥锁，顾名思义：能到达到互斥访问目的的锁。

　　举个简单的例子：如果对临界资源加上互斥锁，当一个线程在访问该临界资源时，其他线程便只能等待。

　　在Java中，每一个对象都拥有一个锁标记（monitor），也称为监视器，多线程同时访问某个对象时，线程只有获取了该对象的锁才能访问。

　　在Java中，可以使用synchronized关键字来标记一个方法或者代码块，当某个线程调用该对象的synchronized方法或者访问synchronized代码块时，这个线程便获得了该对象的锁，其他线程暂时无法访问这个方法，只有等待这个方法执行完毕或者代码块执行完毕，这个线程才会释放该对象的锁，其他线程才能执行这个方法或者代码块。

　　下面通过几个简单的例子来说明synchronized关键字的使用：

　　1.synchronized方法

　　下面这段代码中两个线程分别调用insertData对象插入数据：

public class Test {
 
    public static void main(String[] args)  {
        final InsertData insertData = new InsertData();
         
        new Thread() {
            public void run() {
                insertData.insert(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
         
         
        new Thread() {
            public void run() {
                insertData.insert(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
    }  
}
 
class InsertData {
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
     
    public void insert(Thread thread){
        for(int i=0;i<5;i++){
            System.out.println(thread.getName()+"在插入数据"+i);
            arrayList.add(i);
        }
    }
}

此时程序的输出结果为：

说明两个线程在同时执行insert方法。

　　而如果在insert方法前面加上关键字synchronized的话，运行结果为：

class InsertData {
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
     
    public synchronized void insert(Thread thread){
        for(int i=0;i<5;i++){
            System.out.println(thread.getName()+"在插入数据"+i);
            arrayList.add(i);
        }
    }
}