一、定义
线程安全指的是多个线程并发访问共享资源时，不会出现数据不一致或其他意外情况的情况。
二、如何实现线程安全
不可变对象
不可变对象是指一旦创建，其状态不能被修改的对象。
因为不可变对象的状态不可变，所以它们可以安全地在多个线程之间共享。
ThreadLocal
ThreadLocal是一种特殊的变量，它为每个线程提供了一个独立的副本。
volatile
只能用于修饰变量。
优点：变量对于所有线程的可见性、禁止指令重排。
缺点：不能保证原子性、频繁读写volatile变量的开销大。
同步（synchronized）
通过synchronized 关键字给方法或代码块加上内置锁来实现线程安全
优点：简单易用、支持可重用锁。
缺点：性能问题、只能保护代码块或方法。
Lock
使用Lock锁机制可以实现更加灵活的锁操作，比synchronized关键字更加高效。
优点：可以重复获取锁避免死锁，性能好，可扩展（公平锁非公平锁、可重入读写锁等）
缺点：代码复杂
原子操作（CAS）
原子操作是一种无需加锁的线程安全操作方式，可以保证多个线程同时访问同一个变量时，仍能保证数据的一致性。Java中通过使用原子操作类中的原子操作方法，实现线程安全。
三、使用线程安全类
synchronized
Vector，Stack，StringBuffer，HashTable，Timer，TimerTask
Java提供了java.util.concurrent.*
CopyOnWriteArrayList：线程安全的ArrayList，将原有的数组复制一份，然后在新数组上进行修改操作，最后再赋给原的数组引用。相对Vector更加高效。
ConcurrentHashMap等
还提供了更多的线程安全类和工具，
如Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier、ReadWriteLock等
Java提供了java.util.concurrent.atomic包
包括AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean在内7种。
Java提供的工具类Collections.synchronized*
用于将一个非线程安全的集合包装成一个线程安全的集合。
它通过对集合的操作加上同步锁（使用synchronized关键字）的方式来实现线程安全。
Map<String, String> synchronizedMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
image.png
四、拓展
StringBuilder 和 StringBuffer
特性对比：
- String : 不可变字符序列，效率低，但是复用率高。
- StringBuffer : 可变字符序列，效率较高，且线程安全。
- StringBuilder : 可变字符序列，效率最高，但线程不安全。
使用场景对比：
- String : 适用于字符串很少被修改，且被多个对象引用的情况，比如定义数据库的IP信息，配置信息等。
- StringBuffer : 适用于存在大量修改字符串的情况，且满足 多线程条件。
- StringBuilder : 适用于存在大量修改字符串的情况，且满足 单线程条件。
import org.springframework.util.StopWatch;
public class StringTest {
public static void main(String[] args) {
StopWatch stopWatch = new StopWatch("StringTest");
stopWatch.start("String");
String s = "";
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
s += i;
}
stopWatch.stop();
stopWatch.start("StringBuilder");
StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 500000; i++) {
stringBuilder.append(i);
}
stopWatch.stop();
stopWatch.start("StringBuffer");
StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();
for (int i = 0; i < 500000; i++) {
stringBuffer.append(i);
}
stopWatch.stop();
System.out.println(stopWatch.prettyPrint());
}
}
/*
StopWatch 'StringTest': running time (millis) = 2521
-----------------------------------------
ms % Task name
-----------------------------------------
02503 099% String
00007 000% StringBuilder
00011 000% StringBuffer
*/
HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap区别
HashMap
线程不安全,可以存储null键和null值
Hashtable
Hashtable是线程安全的，但锁的是整个Hashtable对象，无论key还是value都不能为null
缺点：
(1) 多个线程访问同一个Hashtable对象时，无论做什么操作，都会产生锁冲突；
(2) 如果某个线程触发了扩容机制，那么就会由这个线程完成整个扩容过程，如果元素过多，效率则非常低，其它线程阻塞等待的时间也会更长。
Java官方已经不推荐使用Hashtable了
ConcurrentHashMap
ConcurrentHashMap相较于Hashtable做了许多的优化，核心思路就是降低锁冲突概率~
1、锁粒度的控制ConcurrentHashMap不是锁整个对象，而是使用多把锁，对每个链表(哈希桶)都进行加锁，只有当两个线程同时访问同一个链表时，才会产生锁竞争，因此极大地降低了锁冲突的概率。
2、读操作不加锁
ConcurrentHashMap只对写操作进行加锁，读操作没有加锁，此时会有三种情况：
(1) 两个线程同时修改一个哈希桶时才会产生锁冲突；
(2) 两个线程同时读数据，不会有锁冲突；
(3) 一个线程修改，一个线程读，也没有锁冲突。
第三种情况可能会有线程不安全问题，这和我们写的代码有关，但是ConcurrentHashMap中的读操作使用了Volatile，来保证读到的数据不是修改了一半的数据。
3、利用了CAS的特性
ConcurrentHashMap充分利用了CAS的特性，避免出现重量级锁的情况。
比如维护元素个数(size)时，就是通过CAS来更新~
4、优化扩容操作
Hashtable的扩容机制是，创建一个更大的新数组，然后由一个线程一次性把旧数组中的元素搬运到新数组。
而ConcurrentHashMap则是让新数组和旧数组同时存在一段时间，在这期间，后续每个操作ConcurrentHashMap的线程都会负责搬运旧数组的一部分元素到新数组，直到搬运完旧数组的最后一个元素时，再把旧数组删除~
搬运期间，插入元素时直接插入到新数组中；查询元素时，新数组和旧数组一起查。
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