1.观察线程不安全

public class ThreadDemo {

    static class Counter {
        public int count = 0;

        void increase() {
            count++;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final 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.count);
    }
}

运行结果：

结果不像我们一开始预想的那样，两个线程执行increase方法得到的结果为100000

说明这个线程是不安全的

2.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。

3.线程不安全的原因

3.1修改共享数据

上面的线程不安全代码中，涉及到多个线程针对count变量进行修改，此时这个count是一个多个线程都能访问到的“共享数据”

count变量在堆上，因此可以被多个线程共享访问

3.2原子性

什么是原子性：

我们把一段代码想象成一间厕所，每个线程就是要进入这个厕所的人，如果没有任何机制保证，A进入厕所之后还没出来，B是否也可以进入厕所，打断A在厕所里的隐私，这个就不具备原子性

那我们应该如何解决这个问题呢？是不是只要给厕所加一把锁， A 进去就把门锁上，其他人是不是就进不来了。这样就保证了这段代码的原子性了。

有时也把这个现象叫做同步互斥，表示操作是互相排斥的。

一条 java 语句不一定是原子的，也不一定只是一条指令

比如刚才我们看到的count++ ，其实是由三步操作组成的：

1. 从内存把数据读到 CPU

2. 进行数据更新

3. 把数据写回到 CPU

不保证原子性会给多线程带来什么问题

如果一个线程正在对一个变量操作，中途其他线程插入进来了，如果这个操作被打断了，结果就可能是错误的。

这点也和线程的抢占式调度密切相关. 如果线程不是 "抢占" 的, 就算没有原子性, 也问题不大.

3.3可见性

可见性指, 一个线程对共享变量值的修改，能够及时地被其他线程看到.

Java 内存模型 (JMM): Java虚拟机规范中定义了Java内存模型.

目的是屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让Java程序在各种平台下都能达到一致的并发效果.

线程之间的共享变量存在主内存 (Main Memory).

每一个线程都有自己的 "工作内存" (Working Memory) .

当线程要读取一个共享变量的时候, 会先把变量从主内存拷贝到工作内存, 再从工作内存读取数据.

当线程要修改一个共享变量的时候, 也会先修改工作内存中的副本, 再同步回主内存.

由于每个线程有自己的工作内存, 这些工作内存中的内容相当于同一个共享变量的 "副本". 此时修改线程 1 的工作内存中的值, 线程2 的工作内存不一定会及时变化.

1) 初始情况下, 两个线程的工作内存内容一致.

2) 一旦线程1 修改了 a 的值, 此时主内存不一定能及时同步. 对应的线程2 的工作内存的 a 的值也不一定 能及时同步. 

这个时候代码中就容易出现问题. 

此时引入了两个问题:

1.为啥要这么多内存？

2.为啥要这么麻烦的拷来拷去？

1) 为啥整这么多内存?

实际并没有这么多 " 内存". 这只是 Java 规范中的一个术语, 是属于 "抽象" 的叫法.

所谓的 "主内存" 才是真正硬件角度的 " 内存". 而所谓的 "工作内存", 则是指 CPU 的寄存器和高速缓存.

2) 为啥要这么麻烦的拷来拷去?

因为 CPU 访问自身寄存器的速度以及高速缓存的速度, 远远超过访问内存的速度(快了 3 - 4 个数量级, 也 就是几千倍, 上万倍).

比如某个代码中要连续 10 次读取某个变量的值, 如果 10 次都从内存读, 速度是很慢的. 但是如果只是第一次从内存读, 读到的结果缓存到 CPU 的某个寄存器中, 那么后 9 次读数据就不必直接访问内存了. 效率就大大提高了.

那么接下来问题又来了, 既然访问寄存器速度这么快, 还要内存干啥??

答案就是一个字: 贵

值的一提的是, 快和慢都是相对的. CPU 访问寄存器速度远远快于内存, 但是内存的访问速度又远 远快于硬盘.

对应的, CPU 的价格最贵, 内存次之, 硬盘最便宜.

3.4代码顺序性

什么是代码重排序

一段代码是这样的：

1. 去前台取下 U 盘

2. 去教室写 10 分钟作业

3. 去前台取下快递

如果是在单线程情况下，  JVM、CPU指令集会对其进行优化，比如，按 1->3->2的方式执行，也是没问题，可以少跑一次前台。这种叫做指令重排序

编译器对于指令重排序的前提是 "保持逻辑不发生变化". 这一点在单线程环境下比较容易判断, 但是在多线程环境下就没那么容易了, 多线程的代码执行复杂程度更高, 编译器很难在编译阶段对代码的执行效果进行预测, 因此激进的重排序很容易导致优化后的逻辑和之前不等价.

4 解决之前的线程不安全问题

public class ThreadDemo {

    static class Counter {
        public int count = 0;

        synchronized void increase() {
            count++;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final 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.count);
    }
}

synchronized关键字在下一篇详细解释~