多线程基础之常见概念的理解

我这里从线程的关键概念入手，介绍一下多线程，并且结合代码说下自己的理解。

线程安全

我们怎么理解这个线程安全？什么样的程序是线程安全的？

首先，关于线程安全的理解，当程序的返回结果始终与你预期的一致时，那这段代码就是线程安全的。

那么什么样的程序是线程安全的呢？

就我个人的理解，多线程安全的程序有几种情况：

程序中不存放共享的数据域，多个线程访问时根本不会访问共享的数据域，这样的程序是线程安全的。比如java中的String对象，它的类变量都是final的，它不可以修改，就不会有线程安全的问题。
在访问共享的数据域时，进入数据域时，先获取一把监视锁，保证数据在同一时刻只有一个线程修改。这里也很好理解，比如我们家里都有厕所，一个人上厕所的时候，通常都会把门锁住；下一个人来了，只能在外面排队等待，里面的人使用完了，这个人才能接着使用。

大家都知道java中hashmap是线程不安全的，下面例子去说明hashmap的线程不安全。

package com.allen.dayup.高并发程序设计.chap1;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * @Auther: allen
 * @Date: 2020-03-20 08:45
 * @Description:
 */
public class HashMapMutiThread {

    static Map<String,String> map = new HashMap<>();

    public static class AddThread extends Thread {

        private int start = 0;

        public AddThread(String name,int start) {
            super(name);
            this.start = start;
        }

        @Override
        public void run() {
            for (int i = start; i < 100000; i+=2) {
                map.put(String.valueOf(i), String.valueOf(i));
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        AddThread addThread = new AddThread("Add_1", 0);
        AddThread addThread2 = new AddThread("Add_2", 1);
        addThread.start();
        addThread2.start();

        addThread.join();
        addThread2.join();

        System.out.println("Map的size:" + map.size());
    }
}

程序运行完后，可能有两种结果（JDK8）：

map的size刚好等于100000，程序运行正常。
map的size小于100000，这是因为map在扩容过程中，并没有加锁的，导致另一个线程成访问到了不一致的内部状态。

可见性和不可见性

讨论可见性之前，我们要稍微提一下计算机的内存模型，计算机为了更好发挥cpu的性能，内部有三级缓存结构。cpu上的计算结果并不是实时刷新到主存的。对于java的普通变量来说，每个线程都有自己一块空间存储变量，一个线程修改了变量，并不会实时把变量刷到主存时；在变量没有刷新的时间段内，对于另外一个线程，变量的修改就是不可见的。

在java可以用volatile关键字来保证变量的可见性。

下面通过一个例子来说明线程的可见性。

package com.allen.dayup.高并发程序设计.chap1;

/**
 * @Auther: allen
 * @Date: 2020-03-19 22:15
 * @Description:
 */
public class NoVisibility {
    //当ready为非volatile变量时，程序不能正常退出，因为reader线程不能看到主线程对变量的修改
    private static volatile boolean ready = false;
    private static int number;

    private static class Reader extends Thread{

        @Override
        public void run() {
            while ( !ready ){

            }
            System.out.println(number);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        Reader reader = new Reader();
        reader.start();
        number = 42;
        ready = true;
    }
}

如果ready是非volatile变量时，程序不能正常退出。