请说说你对线程安全的理解

灰太狼 2022-12-08 14:15 168阅读 0赞

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其实博主之前面试也有被问到这个问题，当时我用自己的语言组织回答的，我觉得当时回答的不够严谨。现在我查阅了相关资料做了以下的总结。

《深入理解Java虚拟机》第二版 周志明著 Page386页有相关定义。周志明也是引用的别人的定义，我这里贴出来。

笔者认为《Java Concurrency In Partice》的作者 Brian Goetz 对 “线程安全” 有一个比较恰当的定义：“`当多个线程访问一个对象时，如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行，也不需要进行额外的同步，或者在调用方进行任何其他的协调操作，调用这个对象的行为都可以获得正确的结果，那么这个对象就是线程安全的。`”。

**线程安全的类型**

**1、不可变**

`Java` 语言中，如果共享数据是一个基本数据类型，那么只要在定义时使用 `final` 关键字修饰它就可以保证它是不可变的。如果共享数据是一个对象，那就需要保证对象的行为不会对其状态产生任何影响才行，如果你不明白这句话，不妨想一想 `java.lang.String` 类的对象，它是一个典型的不可变对象，我们调用它的 `substring()`、`replace()` 和 `concat()` 这些方法都不会影响它原来的值，只会返回一个新构造的字符串对象。

**2、绝对线程安全**

一个类要达到 “`不管运行环境如何，调用者都不需要任何额外的同步措施`” 通常需要付出很大的，甚至有时候是不切实际的代价。`jdk api`中标注自己是线程安全的类中的大多数，都不是绝对安全的，而是相对安全。例如，我们说`java.util.Vector`是线程安全的，但以下代码会报错：

public class VectorTest { 
    
        private static Vector<Integer> vector = new Vector<>();
    
        public static void main(String[] args) { 
            while (true) { 
                for (int i = 0; i < 10; i++) { 
                    vector.add(i);
                }
    
                Thread removeThread = new Thread(new Runnable() { 
                    @Override
                    public void run() { 
                        for (int i = 0; i < vector.size(); i++) { 
                            vector.remove(i);
                        }
                    }
                });
    
                Thread printThread = new Thread(new Runnable() { 
                    @Override
                    public void run() { 
                        for (int i = 0; i < vector.size(); i++) { 
                            System.out.println((vector.get(i)));
                        }
                    }
                });
    
                removeThread.start();
                printThread.start();
    
                // 不要同时产生过多的线程，否则会导致操作系统假死
                while (Thread.activeCount() > 20);
            }
        }
    }

Exception in thread "Thread-1147" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: Array index out of range: 12
    	at java.util.Vector.get(Vector.java:751)
    	at com.test.VectorTest$2.run(VectorTest.java:28)
    	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

很明显，尽管这里使用到的 `Vector` 的 `get()`、`remove()` 和 `size()` 方法都是同步的，但是在多线程环境中，如果不在方法调用端做额外的同步措施的话，使用这段代码仍然是不安全的，因为如果另一个线程恰好在错误的时间里删除了一个元素，导致序号 `i` 已经不再可用的话，再用 `i` 访问数组就会抛出一个 `ArrayIndexOutOfBoundsException` 。如果要保证这段代码能正确执行下去，我们不得不把 `removeThread` 和 `printThread` 的定义改成如下：

Thread removeThread = new Thread(new Runnable() { 
       @Override
       public void run() { 
           synchronized (vector) { 
               for (int i = 0; i < vector.size(); i++) { 
                   vector.remove(i);
               }
           }
       }
    });
    
    Thread printThread = new Thread(new Runnable() { 
       @Override
       public void run() { 
           synchronized (vector) { 
               for (int i = 0; i < vector.size(); i++) { 
                   System.out.println((vector.get(i)));
               }
           }
       }
    });

**3、相对线程安全**

相对安全指的是对某个对象的单个操作是线程安全的，但对于某些特定顺序的组合操作，就可能需要在调用端使用额外的同步手段来保证调用的正确性。java中大部分的所谓线程安全类都是这个类型的，例如`Vector`，`HashTable`等。2中的两个线程的操作只需要都加上相同的`互斥锁`即可实现线程安全。

**4、线程兼容**

线程兼容指的是对象本身不是线程安全的，但可以通过在调用端正确的使用同步手段来保证在并发环境中可以安全的使用。我们平时说的某个类是线程不安全的，绝大多数时候就是说的这种情况，例如`ArrayList`和`HashMap`等。

**5、线程对立**

线程对立指的是无论调用端是否采取了同步措施，都无法在多线程环境中保证数据的安全。`java`中这种代码是很少的，而且通常是有害的，应尽量避免。

一个例子就是`Thread`类的`suspend()`跟`resume()`方法。两个线程同时持有一个对象，一个尝试去中断线程，一个尝试去恢复线程，无论调用时是否进行了同步，目标线程都存在死锁的风险。也正是这个原因，这俩方法已经被`jdk`废弃了。