1. 线程同步
当多个线程同时运行时，线程的调度由操作系统决定，程序本身无法决定。因此，任何一个线程都有可能在任何指令处被操作系统暂停，然后在某个时间段后继续执行。
这个时候，有个单线程模型下不存在的问题就来了：如果多个线程同时读写共享变量，会出现数据不一致的问题。以计数器的例子看一下：
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
var add = new AddThread();
var dec = new DecThread();
add.start();
dec.start();
add.join();
dec.join();
System.out.println(Counter.count);
}
}
class Counter {
public static int count = 0;
}
class AddThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
Counter.count += 1;
}
}
}
class DecThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
Counter.count -= 1;
}
}
}
上面的代码很简单，两个线程同时对一个int变量进行操作，一个加10000次，一个减10000次，最后结果应该是0，但是，每次运行，结果实际上都是不一样的。
这是因为对变量进行读取和写入时，结果要正确，必须保证是原子操作。原子操作是指不能被中断的一个或一系列操作。
对于语句：
n = n + 1;
看上去是一行语句，实际上对应了3条指令：
ILOAD
IADD
ISTORE
每个指令都是原子性的，但是n = n + 1是非原子性的。
我们假设n的值是100，如果两个线程同时执行n = n + 1，得到的结果很可能不是102，而是101，如下图：
n=n+1
如果线程1在执行ILOAD后被操作系统中断，此刻如果线程2被调度执行，它执行ILOAD后获取的值仍然是100，最终结果被两个线程的ISTORE写入后变成了101，而不是期待的102。这也是导致上面的计数器值不准的原因。
因此多线程模型下，要保证逻辑正确，对共享变量进行读写时，必须保证一组指令以原子方式执行：即某一个线程执行时，其他线程必须等待。
通过加锁和解锁的操作，就能保证3条指令总是在一个线程执行期间，不会有其他线程会进入此指令区间。即使在执行期线程被操作系统中断执行，其他线程也会因为无法获得锁导致无法进入此指令区间。只有执行线程将锁释放后，其他线程才有机会获得锁并执行。这种加锁和解锁之间的代码块我们称之为临界区（Critical Section），任何时候临界区最多只有一个线程能执行。
同步的本质就是给指定对象加锁，加锁后才能继续执行后续代码。Java程序使用
synchronized关键字对一个对象进行加锁：
synchronized(lock) {
n = n + 1;
}
synchronized保证了代码块在任意时刻最多只有一个线程能执行。
上面计数器的例子可以添加synchronized以确保准确：
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
var add = new AddThread();
var dec = new DecThread();
add.start();
dec.start();
add.join();
dec.join();
System.out.println(Counter.count);
}
}
class Counter {
public static final Object lock = new Object();
public static int count = 0;
}
class AddThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
synchronized(Counter.lock) {
Counter.count += 1;
}
}
}
}
class DecThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
synchronized(Counter.lock) {
Counter.count -= 1;
}
}
}
}
注意：加锁对象必须是同一个实例
JVM规范定义了几种原子操作：
- 基本类型（
long和double除外）赋值，例如：int n = m； - 引用类型赋值，例如：
List<String> list = anotherList。
long和double是64位数据，JVM没有明确规定64位赋值操作是不是一个原子操作，不过在x64平台的JVM是把long和double的赋值作为原子操作实现的。
2. 线程安全（thread-safe）
Java程序依靠synchronized对线程进行同步，使用synchronized的时候，锁住的是哪个对象非常重要。
让线程自己选择锁对象往往会使得代码逻辑混乱，也不利于封装。更好的方法是把synchronized逻辑封装起来。例如，我们编写另一个计数器如下：
public class Counter {
private int count = 0;
public void add(int n) {
synchronized(this) {
count += n;
}
}
public void dec(int n) {
synchronized(this) {
count -= n;
}
}
public int get() {
return count;
}
}
这样一来，线程调用add()、dec()方法时，它不必关心同步逻辑，因为synchronized代码块在add()、dec()方法内部。并且，我们注意到，synchronized锁住的对象是this，即当前实例，这又使得创建多个Counter实例的时候，它们之间互不影响，可以并发执行：
var c1 = Counter();
var c2 = Counter();
// 对c1进行操作的线程:
new Thread(() -> {
c1.add();
}).start();
new Thread(() -> {
c1.dec();
}).start();
// 对c2进行操作的线程:
new Thread(() -> {
c2.add();
}).start();
new Thread(() -> {
c2.dec();
}).start();
现在，对于Counter类，多线程可以正确调用。
如果一个类被设计为允许多线程正确访问，我们就说这个类就是“线程安全”的（thread-safe），上面的Counter类就是线程安全的。
还有一些不变类，例如String，Integer，LocalDate，它们的所有成员变量都是final，多线程同时访问时只能读不能写，这些不变类也是线程安全的。
没有特殊说明时，一个类默认是非线程安全的。
ArrayList是非线程安全的，Vector是线程安全的；
HashMap是非线程安全的，HashTable是线程安全的；
StringBuilder是非线程安全的，StringBuffer是线程安全的
线程安全保证了数据的正确性问题。但是，它带来了性能下降。因为synchronized代码块无法并发执行。此外，加锁和解锁需要消耗一定的时间，所以，synchronized会降低程序的执行效率。
参考：https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1252599548343744/1306580844806178
网友评论