【线程安全问题的原因和方法】【java形式】【图片详解】

news2025/3/28 19:34:36

在本章节中采用实例+图片的方式，以一个学习者的姿态进行描述问题+解决问题，更加清晰明了，以及过程中会发问的问题都会一一进行呈现

线程安全
- - 演示线程不安全情况
  - - 图片解释：
  - 将上述代码进行修改【从并行转化成穿行的方式】
  - 不会出现问题的可能
  - 埋坑问题
- 总结（线程安全问题产生原因）
如何解决线程安全问题
- 1.根本原因：
- 2.多线程同时修改一个变量
- 3.修改操作，不是原子的
- 注意：

线程安全

概念：一段代码在多线程并发执行的情况下，出现bug的情况（实际结果与预期结果不符合），预期结果：一般是由别人来预期，此时这种情况是“线程不安全”

演示线程不安全情况

eg：（如果我们需要计算一个20000；两个线程每个线程执行10000次看其的一个情况）

public class Test {
    public static int count = 0;
    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();

        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(count);
    }
}

最终运行的结果为：
在这里插入图片描述

对代码进行解释：
其中
Thread t1 = new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
count++;
}
});
对应的是3个cpu的操作：

load：将内存中的count加载到寄存器上
add：把寄存器中的内容进行+1；
save：把寄存器当中的内容保留在内存上

所以最终会出现这样的情况

图片解释：

对上述代码的图片解释
请添加图片描述

将上述代码进行修改【从并行转化成穿行的方式】

//只需要使用join方法就可以将并行执行的方式改为串行的方式
public class Test {
    public static int count = 0;
    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();
        t1.join();
        t2.start();
        t2.join();

        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(count);
    }
}

最终的结果为：20000
此时上述的反应就被称为——“线程不安全”

不会出现问题的可能

如果线程重复的次数少：其运行的速度非常快，会出现一个线程执行完了，另一个线程还没有开始执行——结果就是正确的
eg：

public class Test {
    public static int count = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                count++;
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                count++;
            }
        });
        t1.start();
        //t1.join();
        t2.start();
        //t2.join();

        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(count);
    }
}

此时的结果就是正确的；
由于他的速度非常快，在状态转化的过程当中前一个线程就已经完成了操作

埋坑问题

在上述的代码当中是否可能出现最终打印的结果<5000
答：可能会出现
解释图片：

在上面的情况中会出现最终打印的1
那由上面问题，是否最终在我们之前写的代码中出现打印1的情况
答：这个是不太可能的
因为执行的次序是抢占资源的方式，在这个过程中，很少可能会出现4999都只由一个线程执行，然后由两一个线程进行收尾

总结（线程安全问题产生原因）

根本原因：操作系统对线程的调度是随机的，抢占式执行的方式
多个线程同时修改同一个变量
以下是不会出现问题的情况：
一个线程修改一个变量
多个线程不同时修改同一个变量
多个线程修改不同变量
多个线程读取同一变量
修改操作不是原子的

进行解释：如果修改操作只对应一个cpu质量——此时原子的（例如没有多线程的时候，java当中的main线程就不会发生任何的问题）

如何解决线程安全问题

将他产生的原因尽行打破

1.根本原因：

这个是操作系统底层的设定，不能进行改变
或者自己写一个操作系统：两大难点1》技术上会非常难2》推广上会更加难

2.多线程同时修改一个变量

解决方法：调整代码结构【但是这种方法并不是通用的】

3.修改操作，不是原子的

这个是java当中解决线程安全问题，最主要的解决方案
加锁

关键字：synchronized
synchronized（加锁对象）{——加锁操作
执行相关代码
}——解锁操作

加锁操作，不是将整个线程锁死在cpu上，禁止这个线程被其他的调度走，但是禁止其他线程重新加这个锁，避免其线程成的操作

java当中可以使用这个关键字修饰任何对象
只有两个线程针对同一个对象加锁操作，才会产生互斥效果

锁对象并不会影响这个对象其他方面的使用
结果展示：

public class Test2 {
    public static int count = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object o = new Object();
        Thread t1 = new Thread(()->{
            synchronized (o) {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    count++;
                }
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(()->{
            synchronized (o) {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    count++;
                }
            }
        });
        t1.start();
        //t1.join();
        t2.start();
        //t2.join();

        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(count);
    }
}