什么是线程安全性?
当多个线程访问某个类时,不管运行时环境采用何种调度方式或者这些线程将如何交替执行,并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同,这个类都能表现出正确的行为,那么这个类就是线程安全的。
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。、
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。
加锁机制
在线程安全的定义中,多个线程间的操作无论采用何种执行时序或交替方式,都要保证不变性条件不被破坏。当不变性条件中涉及多个变量时,各个变量之间并不是互相独立的,一个变量发生变化会对其他变量的值产生约束。因此,一个变量发生改变,在同一个原子操作里面,其他相关变量也要更新。
简单来说 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。
内置锁:同步代码块(Synchronized Block)包括两部分:一个作为锁的对象引用,一个作为由这个锁保护的代码块。关键字Synchronized修饰方法就是一种同步代码块,锁就是方法调用所在的对象,静态的Synchronized方法以Class对象作为锁。内置锁或监视锁就是以对象作为实现同步的锁。
Java内置锁,进入的唯一途径是执行进入由锁保护的同步代码块或方法。它相当于一种互斥锁。
重入锁:当一个持有锁的线程再次请求进入自己持有的锁时,该请求会成功。"重入"意味着获取锁的操作的粒度是“线程”,而不是“调用”。重入的一种实现方式,为每个锁关联一个计数器和线程持有者。
用锁来保护状态
由于锁能使其保护的代码路径以串行形式访问,因此可以通过锁来构造一些协议以实现对共享状态的独占访问。
对象的内置锁与其状态之间没有内在的联系,虽然大多数类都将内置锁用做一种有效的加锁机制,但对象的域并不一定要通过内置锁来保护。
对于每个包含多个变量的不变性条件,其中涉及的所有变量都要使用同一个锁来保护/同步。
线程安全问题的解决方案
方式一:同步代码块
注意:
1.锁对象可以是任意的一个对象;
2.一个线程在同步代码块中sleep了,并不会释放锁对象;
3.如果不存在线程安全问题,千万不要使用同步代码块;
4.锁对象必须是多线程共享的一个资源,否则锁不住
方式二:同步函数(同步函数就是使用synchronized修饰一个函数)
同步函数注意事项:
1.如果函数是一个非静态的同步函数,那么锁对象是this对象;
2.如果函数是静态的同步函数,那么锁对象是当前函数所属的类的字节码文件(class对象);
3.同步函数的锁对象是固定的,不能由自己指定。
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