线程安全

Posted 2020-09-09

什么叫线程安全

一个类是线程安全的是指多个线程同时访问该类时，该类都表现出正确的行为。

线程安全的因素：原子性，可见性。原子性是指一系列操作要么不执行，要么全部执行。破坏原子性的操作主要存在两个地方：竞态条件，复合操作。竞态条件，是指某个操作的结果的正确性依赖于线程的执行顺序。为了保证原子性，必须采用加锁机制。可见性，可见性是指一个线程修改某个变量时，其他线程能看到变量的变化，如果没有同步将无法实现这一点。可见性没有满足时会带来失效数据（过时的数据或者错误的数据），可见性的保证通过加锁和轻量的volatile变量来实现，volatile变量满足变量的写操作必须在读操作之前的happen_before顺序，通过内存屏障实现。

前面讲述的是如何保证一个对象内部域的线程安全性，一个对象被共享时如何保证它的线程安全呢？当然一个对象能不共享最好不共享了，可以通过线程封闭的方法来实现，常见的TreadLocal。如果非共享不可，首先要保证该对象是安全发布的，针对不变对象怎么发布都行，针对事实不变对象需要安全发布,针对可变对象需要安全发布，且必须有锁保护起来。安全发布一个对象可以通过静态初始化函数初始化一个引用，volatile变量声明或者AtomicRefrence变量声明，存放到线程安全容器中，将对象的引用保存到一个锁保护的域中。提醒一点，安全的共享对象最基本的前提是该对象引用没有逃逸。在实际编码过程中，设计一个线程安全类时可能有时候不需要考虑这么多，可以将线程安全性委托给现有的线程安全基础模块，比如同步容器类，并发容器类，阻塞队列，或者通过使用同步工具类来实现一个线程安全类。

同步容器类：HashTable,Vector,Sychronizedxxx。这些类实现线程安全的方法，是对每个状态变量的访问都进行加锁，这种的实现方式的弊端是每次都只能有一个线程访问该容器，其余线程将阻塞，且不保证复合操作（先判断在检查，迭代）的同步，必须得客户端额外加锁（加的锁必须是该容器的对象锁）。其中迭代器的是非线程安全的，当迭代过程又线程修改容器时迭代器将爆出ConcurrentModifyException。

并发容器：concurrentHashmap，copyOnWriteArrayList，BlockQueue。

同步工具类：CountdownLatch,semophere,FutureTask,CyclicBarrier。CountdownLatch提供两个方法await，countDown，初始化时闭锁维护一个计数器，运行时线程将阻塞在await方法上，直到闭锁的计数器值为0，其中闭锁的计数器的状态由countDown方法递减，计数器的值不可重置。通俗的来讲就是线程在等待一个事件的发生，当该事件发生时各个线程就各干各的。semaphore提供两个方法acquire(),release()方法，初始化时信号量维护一个计数器，运行时线程将阻塞在acquire方法上，直到信号量的值为0，执行线程任务，release()信号量，它跟闭锁的区别是技术器可重复使用。CycliBarrier的语意是线程将阻塞，直到所有的线程都到达栅栏位置，线程释放，重置栅栏。CyclicBarrier只有一个await方法，线程将阻塞在该方法上直到所有的线程都到达栅栏，若其中一个线程阻塞在await方法上，但是阻塞超时或者阻塞中断，栅栏将打破，并抛出异常。