线程安全问题的原因和解决方案

左手的ㄟ右手 2023-10-07 22:35 87阅读 0赞

#### 线程安全问题的原因和解决方案 ####

##### 引起线程安全问题的原因 #####

class Counter {
        
        public int count = 0;
        public void add(){
        
                count++;
        }
    }
    
    public class Demo {
        
    
        public static void main(String[] args) {
        
            Counter counter = new Counter();
            //两个线程，两个线程分别调用counter来进行5W次的add方法
            Thread t1 = new Thread(()->{
        
                for (int i = 0; i < 50000; i++) {
        
                    counter.add();
                }
            });
            Thread t2 = new Thread(()->{
        
                for (int i = 0; i < 50000; i++) {
        
                    counter.add();
                }
            });
            t1.start();
            t2.start();
            try {
        
                t1.join();
                t2.join();
            } catch (InterruptedException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(counter.count);
        }
    }

代码的原理是两个线程分别调用counter来进行5W次的add方法，按照理想情况来说，最后输出的count值应该为10W,但是实际上运行上面的代码，会发现每次输出count的值可能都不一样，而这就是典型的线程安全问题。

#### 原因 ####

**1.根本原因:** 是抢占式执行，随机调度

**2.代码结构：** 多个线程同时修改同一个变量

**解决方法:** 可以通过调整代码结构来规避这个问题，但是这种调整，并不一定都可以使用，值得注意的是 **String是不可变对象，不可变对象，是天然是线程安全的**

**3.原子性**

如果修改操作是非原子的，就可能出现线程安全问题，比如上面的代码中count的值不一样，其原因是修改操作是非原子性的，因为count++的++操作本质上分成三步:  
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.把得到的结果写在内存中 save

如果两个线程并发执行count++，此时相当于两组load add save进行执行  
那么线程调度顺序的不一致，就可能产生结果上的差异。

**解决方法:** 可以通过把这个非原子的操作变成原子的操作

**4.内存可见性问题**  
是指一个线程读变量，一个线程改变量，从而产生线程安全问题

**5.指令重排序问题**  
是指编译器对所写的代码进行优化，从而产生线程安全问题

#### 线程安全问题的解决方案 ####

从原子性入手，利用加锁，把非原子的改成原子的，即利用synchronized进行加锁

**synchronized使用方法**

1.修饰方法  
1)修饰普通方法  
2)修饰静态方法  
2.修饰代码块

//修饰普通方法
        synchronized public void print() {
        
            System.out.println("A");
        }
    // 修饰静态方法
        synchronized public static void print(){
        
            System.out.println("A");
        }
    //修饰代码块
        public static void print(){
        
            synchronized (this){
        
                System.out.println("A");
            }
        }

##### synchronized的特性 #####

**1) 互斥**

synchronized会起到互斥效果，某个线程执行到某个对象的synchronized中时，其他线程如果也执行到同一个对象synchronized就会**阻塞等待**  
进入synchronized修饰的代码块，就相当于**加锁**  
退出synchronized修饰的代码块，就相当于**解锁**  
![在这里插入图片描述][70fe4d1698fd42f2a4fd89a35c3812b9.png]

synchronized用的锁是存在Java对象里头的

**2)可重入**

synchronized同步块对同一条线程来说是可重入的，不会出现自己把自己锁死的问题

> 理解"把自己锁死"  
> 即一个线程没有释放锁，然后又开始尝试再加锁

//第一次加锁，加锁成功
    lock();
    //第二次加锁，锁已经被占用，阻塞等待
    lock();

按照之前对于锁的设定，第二次加锁的时候，就会阻塞等待，直到第一次的锁被释放，才可以获得第二个锁，但是释放第一个锁也是由该线程来完成的，所以就无法进行解锁操作，从而产生死锁，这种锁就叫做**不可重入锁**。

Java当中的synchronized是**可重入锁**，因此没有上诉问题。

[70fe4d1698fd42f2a4fd89a35c3812b9.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/70fe4d1698fd42f2a4fd89a35c3812b9.png