多线程之线程安全问题

你的名字 2024-03-30 10:32 133阅读 0赞

### 1.线程安全示例 ###

class Count{
        int a = 0;
        public void add(){
            a++;
        }
    }
    public class ThreadDemo8 {
        public static void main(String[] args) {
            Count count = new Count();
            Thread t1 = new Thread(()->{
                for (int i = 0; i < 5_0000; i++) {
                    count.add();
                }
            });
    
            Thread t2 = new Thread(()->{
                for (int i = 0; i < 5_0000; i++) {
                    count.add();
                }
            });
    
            t1.start();
            t2.start();
    
            try {
                t1.join();
                t2.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    
            System.out.println(count.a);
        }
    }

对于变量a是希望通过两个for循环自增到100000，但是运行结果达不到预期：

![a6b710deaa6a434690f306a886697e3b.png][]

![1b697ab5258542d7a0d1837d7b7b8a87.png][] ![9687b7c2a38f4914afdaba599b873dc4.png][]

每一次的运行结果都是不稳定的，这就是多线程到来的问题。对上述问题进行图解（load、add、save）：

对于自增操作，本质上要分为三步：

1.先把内存中的值,读取到CPU的寄存器中（load）

2.把 CPU寄存器里的数值进行＋1运算（add）

3.把得到的结果写会到内存中（save）

如果是两个线程并发的执行count++，此时就相当于两组load add save进行执行.此时不同的线程调度顺序就可能会产生一些结果上的差异。

![bcfef467dbc74cfea6094b9d0608c31b.png][]

![688b111efb994afebe5f84ac04dff952.png][]

![0512e44d2c8043dca439cdec36b924f8.png][]

### 2.原因分析 ###

线程安全问题的原因有如下：

**1.根本原因：**线程都是抢占式执行的，随机调度的。

**2.代码结构原因：**多个线程同时修改同一个变量。在有些时候，是可以通过调整代码结构来避免的。一个线程修改一个变量是没问题的，多个线程读取同一个变量也是没有问题的，多个线程修改不同的变量也是没问题的。

**3.原子性：**如果修改操作是原子性的，就可以避免了，比如把上述的load、add和save包装成一个整体就是ok的。针对线程安全问题，最主要的解决手段也是从原子性这个方面进行入手的。

**4.内存可见性问题：**如果一个线程读，一个线程修改，那么此时读取的结果可能不如预期值。

**5.指令重排序：**本质上是编译器优化出bug了，编译器有些时候会保证在代码逻辑不变的情况下对代码进行调整，那么有可能会把代码的执行顺序给调整了，很可能会带来问题。

### **3.如何解决？** ###

用synchronized进行加锁：

![c0aa6c068f4d4e5a9cf8839c11df2785.png][]

进了方法就会加锁，出了方法就会解锁。如果是多个线程同时都在尝试加锁，那么最终只会有一个线程加锁成功，其他线程只能阻塞等待（BLOCKED）。加锁的本质就是把并发变成串行。加锁之后的运行结果：

![3e29934f62224068ac7b2d56aad83d25.png][]

### 4.关于synchronized的用法 ###

1.修饰方法

修饰方法包括了修饰修饰普通方法和修饰静态方法，这两者的加锁对象是不同的。修饰普通方法，锁对象就是this；修饰静态方法，锁对象就是类对象（Count1.class）。

2.修饰代码块

修饰代码块就是手动指定锁对象。

总之，在加锁前，我们要明确执行对哪个对象加锁，如果多个线程针对同一个对象加锁,会产生阻塞等待(锁竞争/锁冲突)；如果多个线程针对不同对象加锁,不会阻塞等待(不会锁冲突/锁竞争)。

[a6b710deaa6a434690f306a886697e3b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/30/ae2a3e76e5c841e49c6641cf890c1314.png
[1b697ab5258542d7a0d1837d7b7b8a87.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/1b697ab5258542d7a0d1837d7b7b8a87.png
[9687b7c2a38f4914afdaba599b873dc4.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/30/809d686d1ccd44ecb2efbabe089c58c8.png
[bcfef467dbc74cfea6094b9d0608c31b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/30/4f43ff0c7f0b40b1b9dd40ca3a9c667b.png
[688b111efb994afebe5f84ac04dff952.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/30/109ff8535ccc4280b056b497f160dbcb.png
[0512e44d2c8043dca439cdec36b924f8.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/30/4383a8f5630d49c0aaf8761db7c21956.png
[c0aa6c068f4d4e5a9cf8839c11df2785.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/30/77fdb6a927eb4a799df0c394fab048bc.png
[3e29934f62224068ac7b2d56aad83d25.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/30/c4f1b052197343a9baab0eb7bf15f3a3.png