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这篇文章将为大家描述线程安全问题的原因和解决方案。线程安全是多线程编程中最难的地方，也是重要的地方，还是一个最容易出错的地方，也是面试中容易考的要点，同样也是我们以后工作中经常爱出错的地方，所以线程安全问题大家一定要注意！！！

🌴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得到的结果，则说这个程序是线程安全的。

🌴典型的线程安全问题

🌴线程不安全案例

观察以下代码，了解什么是线程的不安全状态，线程的不安全问题会带来什么结果呢？

class Counter { // 实现 count 累加的类
    public int count = 0;

    public void add() { // 实现 count 累加的方法
        count++;
    }
}

public class ThreadDemo13 {
    public static void main(String[] args) {
        Counter counter = new Counter();

        // 搞两个线程。2个线程分别对 counter 来调用 5w 次的 add 方法
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                counter.add();
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                counter.add();
            }
        });

        // 启动线程
        t1.start();
        t2.start();

        // 等待两个线程结束
        try {
            t1.join();
            t2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 打印最终的 count 值
        System.out.println("count = " + counter.count);
    }
}

按照我们所想，对 count 进行了两次 5w次的累加，最终的结果应该是10w才对，那么我们运行一下结果却不一样（结果太多就不截图举例了），并且每次运行后的结果都不一样，为什么呢？
造成这样的结果，罪魁祸首就是多线程的抢占式执行所带来的随机性。
  如果没有多线程，此时程序的执行顺序只有一条，也就是固定的顺序，那么程序的执行结果就是固定的。如果有了多线程，此时抢占式执行下，代码的顺序会有很多种的变化，代码的执行顺序会有无数种，所以代码的执行结果就会不正确，就视为有 bug ，此时线程就是不安全的。

🌴案列不安全的原因

这个案例它之所以不安全，主要与 count++ 有关，因为++操作本质上是要分为3步完成的。

1. 先把内存中的值，读取到 CPU 的寄存器中。（load）
2. 把 CPU 寄存器里的数值进行 +1 运算。（add）
3. 把得到的结果写回到内存中保存起来。（save）

这3个操作就是 CPU 上执行的三个指令，为机器语言。
如果两个线程并发执行的 count++，此时就相当于是两组 load、add、save 进行执行，那么不同的线程调度顺序就可能会产生一些结果上的差异。
接下来以图示展示可能出现的执行顺序。

在众多中的情况下，只有1和2这两个调度顺序才是安全的
因为1和2原理相同，只对1进行分析：可见线程是安全的。
下面对第3种情况，一个不安全的执行调度顺序进行分析：由此可见，得到的结果不是我们想要的结果。预期结果是2，实际结果确实1，所以出现了 bug。

其实这里的安全问题和事务中的读未提交（read uncommitted)的原理差不多。相当于 t1 读到了 t2 还没来得及提交的脏数据，就成了“脏读”。多线程安全问题和并发事务本质上都是“并发编程”的问题。
一个线程要是要执行，就需要先编译成许多的 CPU 指令，我们所写的任何一个代码，都是要编译成很多 CPU 指令的。由于线程的抢占式执行，导致当前执行到任意一个指令的时候，线程都可能被调度走，这时 CPU 会让其他的线程来执行。

🌴线程不安全的原因

🌴抢占式执行

抢占式执行是线程不安全的根本原因，导致随机调度。

🌴代码结构

1. 多个线程同时修改同一个变量，是不安全的。
   上述的线程不安全是由于多个线程同时修改共享数据。涉及到多个线程针对 counter.count 变量进行修改，此时这个 counter.count 是一个多个线程都能访问到的 “共享数据”，counter.count 这个变量就是在堆上，因此可以被多个线程共享访问。
2. 一个线程，修改一个变量，是没事的，安全的。
3. 多个线程，读取同一个变量，是没事的，安全的。
4. 多个线程，修改不同的变量，是没事的，安全的。

因此我们可以通过调整代码的结构来规避这个问题，但是这种调整不一定都能使用，所以这不是一个普适性的方案。

🌴原子性

  如果修改的操作是原子（不可拆分的单位）的，那问题不大。如果不是，那么出现的问题概率就非常高。
  但是原子性并不会保证线程一定就是安全的。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。
  针对线程的安全问题，最主要的手段就是把这个非原子的操作编程原子的，对它进行加锁操作。

🌴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

🌴代码顺序性

这里说的是“指令重排序”。重排序指的是单个线程里，编译器在保证逻辑不变的情况下将代码进行调整，代码顺序发生改变从而加快程序的执行效率，线程123可能调整为321。

🌴解决线程不安全问题----加锁

解决不安全的额问题最主要的就是加锁，加锁的关键字是：synchronized，给 add() 方法前边加入关键字synchronized，就可以实现了加锁。

加了 synchronized 之后，进入方法就会加速，出了方法就会解锁。
synchronized用的锁是存在Java对象头里的。
其他线程的排队等待就是“阻塞等待”。
就用刚才的案例解释“加锁”，对一个线程加锁，其实是让3个操作在执行过程中不进行调度，而是让其他线程在阻塞等待。
加锁的本质就是把 并发 变成了 串行。

🌴synchronized的使用方法

1. 修饰方法
   进入方法就是加锁，离开方法就是解锁。
   （1）修饰普通方法
   （2）修饰静态方法
2. 修饰代码块

但是这两种方法，加锁的“对象”不同。
 修饰普通方法，锁对象就是 this
 修饰静态方法，锁对象就是类对象
 修饰代码块，显示/手动指定锁对象
加锁时一定要明确对哪个对象加锁。
如果两个线程针对同一个对象加锁，会产生阻塞等待（锁竞争/锁冲突)；如果两个线程对不同的对象进行加锁，不会阻塞等待，不会锁竞争/锁冲突。
简单地理解就是：不管加锁的对象是谁，只要锁对象相同，就会产生锁竞争（产生阻塞等待），锁对象不同就不会产生锁竞争（产生阻塞等待）。