多线程——保证线程安全

含义

线程安全：指在多线程对一个共享资源同时进行操作的时候，所得到的结果每次都是一样的。

如何保证线程安全

方法：要保证线程安全，就必须保证线程同步。保证线程的可见性，有序性和原子性。

线程同步

线程同步的含义和字面意义相反。同步其实是线程“排队”的意思。就是让线程按照一定的顺序执行，每一时刻，只有一个线程，对共享资源进行操作。

可见性

一个线程对共享资源的操作，所有的线程都可以看见。

以具体实例来说明。就好比一个线程修改了一个数据，其他线程立马知道该数据被修改了。即就是在线程和主存之间有一个缓存，线程修改数据，是在缓存中修改，还需要在主存修改，而可见性就是立刻在主存中修改，防止其他线程读取时，发生数据错误。

有序性

就是代码的执行顺序是有序的，执行的顺序不会发生改变。

原子性

顾名思义，原子是一个不可分的整体。就是一个代码块，要么全部执行，要么全部不执行，只要其执行了，就无法被任何事务打断。

具体方法

volatile关键字

作用：保证线程可见性和禁止指令重排序。

保证可见性

实现原理：当一个变量被volatile修饰，一旦其发生改变，那么根据缓存一致性协议，其他线程的缓存都会失效，需要重新从内存中获取数据，就可以保证数据的准确性。就好比这个数据修改了，其他线程缓存失效，就知道了它被修改了，就要重新获取，即可见的含义。

不加volatile关键字

package com.hnu;

public class Main2 {
	// static 静态变量 全局
	private static boolean flag = false;

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		new Thread(new Runnable() {
			//未停止，不知道已修改
			public void run() {
				while(true) {
					if(flag) {
						break;
					}
				}
				System.out.println("变量变化");
			};
		}).start();
		
		//主线程修改flag值
		Thread.sleep(1000);
		flag = true;
	}
}

线程先启动，启动后修改变量，未加关键字修饰，子线程不知道其变量值已经发生变化，即不可见，所以死循环无法停止。

加volatile关键字

package com.hnu;

public class Main2 {
	// static 静态变量 全局
	private static volatile boolean flag = false;

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		new Thread(new Runnable() {
			//停止，知道已修改
			public void run() {
				while(true) {
					if(flag) {
						break;
					}
				}
				System.out.println("变量变化");
			};
		}).start();
		
		//主线程修改flag值
		Thread.sleep(1000);
		flag = true;
	}
}

在这里插入图片描述

加入关键字，首先先死循环，然后修改其值，知道其修改完成，然后调用，停止死循环，输出文字。可以证明其保证了可见性。

禁止重排序

实现原理：通过jvm给指令的前后加上内存屏障，屏障两边的指令不可以重排序，保证有序。

例子：单例模式

禁止重排序的经典案例就是单例模式的创建过程中的双重检测锁。

package com.hnu;

public class Main2 {
	//自己对象,禁止重排序
	private volatile static Main2 main = null;
	//构造方法
	private Main2() {
		
	}
	//创建自己
	public static Main2 getInstance() {
		if(main == null) {
			//类锁，双重检测锁
			synchronized(Main2.class) {
				if(main == null) {
					main = new Main2();
				}
			}
		}
		return main;
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		Main2 m1 = getInstance();
		Main2 m2 = getInstance();
		Main2 m3 = getInstance();
		System.out.println(m1 == m2);
		System.out.println(m1 == m3);
		System.out.println(m2 == m3);
	}
}

在这里插入图片描述

可知三个对象，都是同一个对象，内存地址相同。

synchronized关键字

作用：利用线程互斥来实现线程同步，即通过同一时刻只有一个线程可以访问(互斥),来实现线程的原子性，全部执行完，才能换线程执行，线程顺序执行(同步)。

synchronized最主要的就是保持原子性，保持原子性，最主要的就是线程同步，同步最基本的方法就是加锁，加锁最直接的就是加synchronized关键字。

效率：synchronized在早期是一把重量级锁，但是随着java发展，如今的效率已经很高。例如i++不是原子操作，它分为三步：1.获取i的值 2.修改i的值 3.将修改的值赋予i 。如果在其外面加入synchronized关键字，保证了每次只有一个线程可以修改i，那么就保证了i++在并发环境下的安全性。

保证原子性

上面的双重检测锁也使用了synchronized关键字，加同一个锁的线程同步互斥，里面的代码块在同一时刻，只有一个线程可以访问，所以保证了唯一实例。

防止死锁

原因

两个线程相互请求对方持有的资源，都不释放自己持有的资源，相互阻塞，导致死锁。

后果

至少有两个线程相互阻塞等待对方的资源。

检查死锁

使用jdk工具jconsole查看线程的状态。

解决方法

资源一次性分配
当线程满足条件时释放自己已占有的资源
资源有序分配