【Java并发】线程安全性

刘玉平发布于2019-08-16 15:08 / 2087人阅读

摘要：另一个是使用锁的机制来处理线程之间的原子性。依赖于去实现锁，因此在这个关键字作用对象的作用范围内，都是同一时刻只能有一个线程对其进行操作的。

线程安全性

定义：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，那么就称这个类是线程安全的。

线程安全性主要体现在三个方面：原子性、可见性、有序性：

原子性：提供了互斥访问，同一时刻只能有一个线程来对它进行操作

可见性：一个线程对主内存的修改可以及时地被其他线程观察到

有序性：一个线程观察其他线程中的指令执行顺序，由于指令重排序的存在，该观察结果一般杂乱无序

原子性

原子性在 JDK 中主要由两个方面体现出来：

Atomic

一个是 JDK 中已经提供好的 Atomic 包，它们均使用了 CAS 完成线程的原子性操作（详见【Java并发】浅析 AtomicLong & LongAdder）。

另一个是使用锁的机制来处理线程之间的原子性。锁主要包括：synchronized、lock。

synchronized

依赖于 JVM 去实现锁，因此在这个关键字作用对象的作用范围内，都是同一时刻只能有一个线程对其进行操作的。synchronized 是 Java 中的一个关键字，是一种同步锁。它可以修饰的对象主要有四种：

修饰代码块：大括号括起来的代码，作用于调用的对象

修饰方法：整个方法，作用于调用的对象

修饰静态方法：整个静态方法，作用于所有对象

修饰类：括号括起来的部分，作用于所有对象

注意：如果当前类是一个父类，子类调用父类的被 synchronized 修饰的方法，不会携带 synchronized 属性，因为 synchronized 不属于方法声明的一部分。

Lock

首先要说明的就是 Lock，通过查看 Lock 的源码可知，Lock 是一个接口。ReentrantLock 是唯一实现了 Lock 接口的类，意思是“可重入锁”，并且 ReentrantLock 提供了更多的方法。

public interface Lock {
    void lock();
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    boolean tryLock();
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    void unlock();
    Condition newCondition();
}

锁的分类

可重入锁

synchronized / ReentrantLock

可中断锁

synchronized 不可中断，Lock 可中断

公平锁

synchronized 非公平锁

ReentrantLock 和 ReentrantReadWriteLock 默认情况下非公平锁，可设置为公平锁

读写锁

ReadWriteLock / ReentrantReadWriteLock

可见性

导致共享变量在线程间不可见的原因：

线程交叉执行

重排序结合线程交叉执行

共享变量更新后的值没有在工作内存与主存间及时更新

JVM 对于可见性，提供了 synchronized 和 volatile：

synchronized

JMM 关于 synchronized 的两条规定：

线程解锁前，必须把共享变量的最新值刷新到主内存

线程加锁时，将清空工作内存中共享变量的值，从而使用共享变量时需要从主内存中重新读取最新的值（注意：加锁与解锁是同一把锁）

volatile

volatile 的方式是：通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现。

对 volatile 变量写操作时，会在写操作后加入一条 store 屏障指令，将本地内存中的共享变量值刷新到主内存。

对 volatile 变量读操作时，会在读操作前加入一条 load 屏障指令，从主内存中读取共享变量。

volatile的屏障操作都是 cpu 级别的；适合状态验证，不适合累加值，volatile关键字不具有原子性。

适合状态验证，不适合累加值，volatile关键字不具有原子性

有序性

Java 内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。而 Java 提供了 volatile、synchronized、Lock，它们可以用来保证有序性。

另外，Java 内存模型具备一些先天的有序性，即不需要任何手段就能得到保证的有序性。通常被我们称为happens-before 原则（先行发生原则）。如果两个线程的执行顺序无法从 happens-before 原则推导出来，那么就不能保证它们的有序性，虚拟机就可以对它们进行重排序。

【以下规则摘抄自《深入理解Java虚拟机》】

程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作

锁定规则：一个unlock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作

volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作（重要）

传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C

线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作

线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生

线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行

思维导图

笔记整理自：【IMOOC】Java并发编程与高并发解决方案

专线服务混合云 java多线程并发 java线程并发运行 java线程并发解决 java线程并发例子

文章版权归作者所有，未经允许请勿转载,若此文章存在违规行为，您可以联系管理员删除。

转载请注明本文地址：https://www.ucloud.cn/yun/73294.html

第10章：并发和分布式编程 10.1并发性和线程安全性

摘要：并发模块本身有两种不同的类型进程和线程，两个基本的执行单元。调用以启动新线程。在大多数系统中，时间片发生不可预知的和非确定性的，这意味着线程可能随时暂停或恢复。大纲什么是并发编程？进程，线程和时间片交织和竞争条件线程安全策略1：监禁策略2：不可变性策略3：使用线程安全数据类型策略4：锁定和同步如何做安全论证总结什么是并发编程？并发并发性：多个计算同时发生。在现代...

instein 2019-08-16 12:34 评论0 收藏0
[Java并发-11] 并发容器的使用

摘要：同步容器及其注意事项中的容器主要可以分为四个大类，分别是和，但并不是所有的容器都是线程安全的。并发容器及其注意事项在版本之前所谓的线程安全的容器，主要指的就是同步容器，当然因为所有方法都用来保证互斥，串行度太高了，性能太差了。 Java 并发包有很大一部分内容都是关于并发容器的，因此学习和搞懂这部分的内容很有必要。 Java 1.5 之前提供的同步容器虽然也能保证线程安全，但是性能很差...

legendaryedu 2019-08-16 17:39 评论0 收藏0
线程安全

摘要：不可变在中，不可变的对象一定是线程安全的。在里标注自己是线程安全的类，大多都不是绝对线程安全，比如某些情况下类在调用端也需要额外的同步措施。无同步方案要保证线程安全，不一定就得需要数据的同步，两者没有因果关系。在之前学习编程的时候，有一个概念根深蒂固，即程序=算法+数据结构。数据代表问题空间中的客体，代码就用来处理这些数据，这种思维是站在计算机的角度去抽象问题和解决问题，称之为面向过...

fuyi501 2019-08-16 10:55 评论0 收藏0
Java并发编程笔记（二）

摘要：本文探讨并发中的其它问题线程安全可见性活跃性等等。当闭锁到达结束状态时，门打开并允许所有线程通过。在从返回时被叫醒时，线程被放入锁池，与其他线程竞争重新获得锁。本文探讨Java并发中的其它问题：线程安全、可见性、活跃性等等。在行文之前，我想先推荐以下两份资料，质量很高：极客学院-Java并发编程读书笔记-《Java并发编程实战》线程安全《Java并发编程实战》中提到了太多的术语...

NickZhou 2019-08-15 14:19 评论0 收藏0
出场率比较高的一道多线程安全面试题

摘要：程序正常运行，输出了预期容量的大小这是正常运行结果，未发生多线程安全问题，但这是不确定性的，不是每次都会达到正常预期的。另外，像等都有类似多线程安全问题，在多线程并发环境下避免使用这种集合。这个问题是 Java 程序员面试经常会遇到的吧。工作一两年的应该都知道 ArrayList 是线程不安全的，要使用线程安全的就使用 Vector，这也是各种 Java 面试宝典里面所提及的，可能...

xiyang 2019-08-16 12:43 评论0 收藏0