线程安全（JAVA）

news2025/1/16 16:16:30

线程安全对于我们编写多线程代码是非常重要的。

什么是线程安全？

在我们平时的代码中有些代码在单线程程序中可以正常执行，但如果同样的代码放在在多个线程中执行就会引发BUG，而这种现象我们一般称为 “线程安全问题” 或 “线程不安全”。
例如：使用两个线程对 count 变量进行自增操作，每个线程10000次。

private static int count;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread(()->{
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            count++;
        }
    });
    Thread t2 = new Thread(()->{
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            count++;
        }
    });

    t1.start();
    t2.start();

    t1.join();
    t2.join();
    System.out.println(count);
}

在这里插入图片描述
结果可以看到和我们预期的并不相同，而且当我们多运行几次后，每次的结果还都不相同，这就是一个典型的线程安全问题
为什么会出现上述情况呢？

自增操作本质上其实分为三步：
– 从内存把数据读到 CPU
– 进行加一操作
– 把新数据写回到 CPU
两个线程是并发执行

所以就会引发下面这种状况(程序按照时间线从上往下执行)：
在这里插入图片描述
这里只是简单画了六种，由于线程的调度是无序的所以这里会有无数种情况，但是在这无数种情况中，只有当两个线程的调度每次都满足前两种情况才不会发生BUG。

引发线程安全的原因

一般引发线程安全都有以下原因：

操作系统中线程的调度是随机的（抢占式执行，罪魁祸首）
多个线程针对同一个变量进行修改
修改操作不是原子的
内存可见性问题
指令重排序问题

想要解决线程安全问题就需要从上面这几点出发，由于我们上述的代码不涉及4和5所以无需考虑它们，而第一点是系统原因是客观存在的无法更改。

我们此时有两种解决方法：

将这个代码改为单线程（解决多个线程针对同一个变量进行修改的问题）；
让该自增操作变为原子的（解决修改操作不是原子的问题）

这两种方法都可以解决此代码的线程安全问题，第一种很好实现，那么我们该怎样让这个自增操作变为原子的呢？加锁！

synchronized 关键字

synchronized 关键字是JAVA提供的一种常用的加锁工具。

注：

synchronized关键字在使用时需要搭配()和{};
程序执行进入 { 加锁离开 } 解锁，{} 里面就是被加锁的代码块；
()里面用来表示一个加锁的对象（这个对象是啥不重要，它的主要功能就是用来区分多个线程是否在竞争同一个锁）。

如果多个线程对同一个线程尝试进行加锁操作就会产生锁竞争(其中一个线程就会发生阻塞等待)，如果是不同对象就不会产生锁竞争，仍然是并发执行。
我们先随便创建一个Object类型的对象，命名为lock，将count++放入{}中

private static int count;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Object lock = new Object();
    Thread t1 = new Thread(()->{
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            synchronized(lock) {
                count++;
            }
        }
    });
    Thread t2 = new Thread(()->{
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            synchronized(lock) {
                count++;
            }
        }
    });

    t1.start();
    t2.start();

    t1.join();
    t2.join();
    System.out.println(count);
}