多线程带来的风险——线程安全

桃扇骨 2022-10-11 01:09 244阅读 0赞

### 线程安全 ###

*  线程安全
 *  原子性
 *   *  常见的操作是原子的
     *  常见的不是原子的操作
 *  内存可见性
 *   *  JMM
 *  代码重排序
 *   *  那些场景下会存在线程安全
     *  常见的一些类

# 线程安全 #

1.  多线程代码中往往表现出很强的随机性  
    其主要原因是：线程调度所导致的

一个程序是线程安全的概念：程序的运行结果100%符合程序开发的期望

为什么会出现线程不安全的情况

1.  没有保证原子性
2.  存在内存可见性问题
3.  由于代码重排序所带来的的问题

# 原子性 #

高级语言中的一条语句往往对应的是很多条指令，例如：n++  
指令：

1.  把n这个变量对应的内存中的数据，加载到寄存器中 （ LOAD）
2.  在寄存器中，利用ALU完成自增（+1）操作 （INC）
3.  把寄存器中的数据，保存回n这个变量对应的内存中（STORE）

不保证原子性会给多线程带来什么问题：

如果一个线程正在对一个变量操作，突然时间片耗尽，另一个线程开始操作，结果可能是错误的。

原子性：一组操作，不能被打断，或者打断之后没有副作用。

## 常见的操作是原子的 ##

1.  a == b ，不是原子的（读b的值，赋值给a）
2.  byte/short/char/int/boolean/float a = 1; 是原子的
3.  long/double a = 1L; 不是原子的（高32位赋值，低32位赋值）
4.  引用 a = null; 是原子的
5.  a == b 32位+引用 是原子的；64位不是原子

## 常见的不是原子的操作 ##

read-write： a = b  
check-update: if(a == …) \{ a = …;\}

# 内存可见性 #

在真实的计算机中，会存在一个高速缓存器（Cache），它的作用是提前加载数据，方便CPU的读取  
例如：每次进行操作都需要执行，LOAD/STORE 等，比较耗时，当出现存储器后，只需要最开始加载，最后写入即可。  
问题:  
当出现多个CPU，操作同一个数据，数据因为没有及时的更新，所以会出现错误。

内存可见性：由于CPU缓存技术的出现，导致在多个CPU的场景下，可能出现数据不一致的情况——内存中的数据相互之间不见了。

## JMM ##

JMM(Java Memory Model)Java内存模型  
存储被分为两类：主存储+工作存储  
主存储只有一份。工作存储每个线程各一份。JVM可以根据具体场景决定什么时候在同步回主存储中。

CPU ——> 线程  
属于CPU的缓存——> 工作存储  
真实的内存 ——> 主存储

# 代码重排序 #

1.  CPU最终执行代码（指令）的顺序并不一定和书写顺序完全一致，过程中，代码被交换过顺序了。例如：小时候的统筹安排时间的问题，找最短时间

a = 1;b = 2; c = 3; 可能重排序后是： a = 1; c = 3; b = 2;  
2. 在很多时候，我们的书写顺序并不是效率最高的顺序。  
3. 那些可以帮我们重排序： 编译器（javac）、虚拟机（JVM）、CPU  
4. JVM进行重排序的底线是什么？

在单线程的情况下，无论如何进行重排序，程序的运行结果不能出现变化。  
多线程情况下，不做保证

## 那些场景下会存在线程安全 ##

共享的数据——共享资源

1.  线程和线程之间，完全没有对同一个数据的共享操作。——天生线程安全
2.  线程和线程之间，有数据共享，但都是只读操作。——天生线程安全
3.  线程和线程之间，有数据共享，并且至少有一个线程在做修改操作时——需要考虑线程安全爆出

## 常见的一些类 ##