[JAVAEE] 线程安全问题

news2024/10/21 7:27:15

一. 什么是线程安全

二. 线程安全问题产生的原因

三. 线程安全问题的解决

3.1 解决修改操作不是原子性的问题 => 加锁

a. 什么是锁

b. 没有加锁时

c. 加锁时

d. 死锁

e. 避免死锁

3.2 解决内存可见性的问题 => volatile关键字 (易变的, 善变的)

a. 不加volatile关键字

b. 加volatile关键字

四. 等待和通知

4.1 wait() 和 nitify()

五. 总结

一. 什么是线程安全

在多线程并发执行的过程中, 出现 bug, 称为线程不安全. 反之则线程安全.

二. 线程安全问题产生的原因

1. 操作系统对于线程的调度是随机的, 抢占式的[根本原因].

2. 多个线程修改同一个变量.

3. 修改操作不是原子的. => 解决: 锁

4. 内存可见性. => 解决: volatile(adj. 善变的. 易变的)关键字, 表示当前变量不会被编译器+jvm优化存储到寄存器中, 而是始终存在于内存中.

5. 指令重排序. => 解决: volatile关键字, 表示当前变量不允许指令重排序

三. 线程安全问题的解决

3.1 解决修改操作不是原子性的问题 => 加锁

a. 什么是锁

synchronized修饰普通方法, 是对this加锁.

synchronized修饰静态方法, 是对类对象加锁.

b. 没有加锁时

没有对count++操作进行加锁时, count的结果总是 <= 100000, 这是因为(线程调度是随机的, 抢占式的 + count++操作不是原子的)

c. 加锁时

对count++操作进行加锁后, count++操作可以认为变成原子的了, 这时, count的最终结果就符合预期.

d. 死锁

构成死锁的场景:

1. 一个线程, 一把锁 (但是, java中锁具有可重入特性, 此种情况下, 并不会构成死锁)

2. 两个线程, 两把锁

3. n个线程, m把锁

构成死锁的四个必要条件:

1. 锁是互斥的. (线程1获取了锁1, 这时线程2想要再获取锁1 就要阻塞等待)

2. 锁是不可抢占的

3. 请求和保持. (线程1获取了锁1, 线程2获取了锁2, 此时, 线程1想要再获取锁2, 线程2想要再获取锁1, 这时就会构成死锁, 线程阻塞) => 解决: 一定情况下, 避免嵌套

4. 循环等待. => 解决: 约定加锁的顺序.

e. 避免死锁

想要避免死锁, 就要解决 3 或者 4 这两个必要条件.

解决3. (避免嵌套)

解决4.(按照一定的顺序进行加锁)

3.2 解决内存可见性的问题 => volatile关键字 (易变的, 善变的)

a. 不加volatile关键字

可以观察到, t1线程并没有因为t2线程输入val的值不是0而结束, 反而一直在RUNNABLE(运行中). 这是因为, jvm和编译器对代码进行了优化, jvm检测到val的值一直不发生改变, 为了提高效率, 就把val转移到了寄存器中, 此时t2线程输入val还在和内存进行交互, 并不会改变val的值.

b. 加volatile关键字

加上volatile关键字, 表示val的值是易变的, 用户随时可能会修改, 此时, jvm和编译器就不会对val的存储进行优化, val一直存在于内存中.

3.3 解决指令重排序的问题 => volatile关键字

四. 等待和通知

wait() 和 notify() 都是Object类中的方法.

wait() 和 notify() 都需要在加锁状态下使用, 先wait()再notify().

4.1 wait() 和 nitify()

locker1.wait(): 表示当前线程先释放锁, 此时锁可以被其他线程获取(避免线程饿死), 并且当前线程阻塞, 等待被通知.

locker1.notify(): 通知正在阻塞等待的线程可以获取锁了, 并且此时阻塞线程结束等待.

注意: 使用wait和notify之前当前线程都需要获取锁.

五. 总结

1. 线程安全问题产生的原因.

2. 如何解决线程安全问题

(原子性 => 锁(注意避免死锁)

内存可见性 => volatile关键字 => 不让编译器和jvm对变量存储进行优化

指令重排序 => volatile关键字 => 添加volatile的变量不支持指令重排序)

3. wait和notify方法

(wait(): 当前线程释放锁, 此时其他线程可以获取锁, 避免线程饿死, 并且当前线程阻塞, 等待通知.

notify(): 表示阻塞等待的线程可以获取锁, 并且等待的线程结束阻塞状态)

(注意: wait和notify之前需要进行加锁)