什么是线程安全问题？如何确保线程安全？进来看看就明白了！！

news2024/11/27 13:43:12

🌈🌈🌈今天给大家分享的是:什么是线程安全，在程序中多线程并发执行的时候，是否会产生线程不安全问题，以及如何解决线程不安全问题。

清风的CSDN博客

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一、线程安全的概念

二、观察线程不安全

三、解决线程不安全问题

3.1 线程安全问题的原因

3.2 解决方案

一、线程安全的概念

想给出一个线程安全的确切定义是复杂的，但我们可以这样认为：如果多线程环境下代码运行的结果是符合我们预期的，即在单线程环境应该的结果，则说这个程序是线程安全的。

二、观察线程不安全

首先，我们写一个多线程代码，一个线程负责把一个数加50000次，另一个线程也负责把这个数加50000次。(从0开始加)

class Counter{
    private int count = 0;
    public void increase(){
        count++;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}
public class Test4 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Counter counter = new Counter();
        Thread t1 = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                counter.increase();
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                counter.increase();
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(counter.getCount());
    }
}

程序运行结果如下:

按照我们的逻辑，希望最后得到的结果是100000，为什么会出现这么大的偏差呢？其实，这样的运行结果是由于线程不安全导致的。

事实上：上面的count++操作，在CPU指令角度看，本质上是三个操作：

把内存中的数据加载到CPU的寄存器中。(LOAD)
把寄存器中的寄存器进行加一运行算。（ADD）
把寄存器中的数据写回到内存中。

如果是单个线程执行，没有问题。但是如果是多个线程并发执行，就可能会出现错误。由于CPU调度线程的顺序是不确定的，因此这两个线程并发执行的过程中，线程1的操作可能会和线程2的操作相互影响，也就是说，这两个线程的命令的排列方式可能有很多种：

还有很多种情况，我就不一一列举了。

如果是按照下面的情况，那么结果是没有问题的：

执行完线程1后，继续执行线程2，结果为2，是正确结果。

那如果是按照下面的顺序，就会出现错误：

正常结果应该是2，但是这里的最终结果是1，发生了错误，虽然是自增两次，但是由于两个线程并发执行，就可能在一定的执行顺序下，导致运算的中间结果被覆盖了。也就是发生了线程不安全。导致结果出现问题，而且得到的这个错误值，一定小于10w。

那么，如何解决线程不安全问题呢？

三、解决线程不安全问题

3.1 线程安全问题的原因

多个线程之间的调度顺序是随机的，操作系统使用抢占式执行的策略来调度线程。【根本原因】
多个线程同时修改同一个变量，容易产生线程安全问题。
进行的修改，不是原子性的。如果修改操作，能够按照原子的方式来完成，就不会出现线程安全问题。
内存可见性引起的线程安全问题。
指令重排序，引起的线程安全问题。

3.2 解决方案

我们可以把修改操作改成“原子性”的操作，即可以进行加锁操作。相当于是把一组操作，打包成一个整体的操作。此处这里的原子，是通过锁进行“互斥”，当前线程执行的时候，其他线程无法执行。对于加锁，Java引入了一个synchornized关键字。

通过对increase方法加锁，进入方法，就会加锁；出了方法，就会解锁。当t1加锁之后，t2也尝试进行加锁，此时t2就会阻塞等待。这样也就保证了原子性。

class Counter{
    private int count = 0;
    synchronized public void increase(){
        count++;
    }

     public int getCount() {
        return count;
    }
}
public class Test4 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Counter counter = new Counter();
        Thread t1 = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                counter.increase();
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                counter.increase();
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(counter.getCount());
    }
}

运行结果如下：