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2022/09/25阅读:21主题:默认主题

线程安全问题的产生条件、解决方式


1、线程安全的产生条件

■ 线程安全问题概念:

多个线程并发下执行,对共享数据进行非原子性操作,造成执行结果 不一致 的情况。

  • 线程安全产生前提: 存在多个线程并发执行(线程之间处于争抢资源的竞争状态)、 非原子性操作共享数据
  • 线程不安全造成的结果: 数据不一致

线程安全结果:数据一致;线程不安全结果:数据不一致

线程安全问题:就是线程不安全导致的问题


■ 并发、并行

  • 并发(多个线程操作同一个资源)

    • CPU 一核,模拟出多条线程, CPU 快速交替实现 ,多个线程之间处于竞争关系,争抢资源
  • 并发(多个人一个起走)

    • CPU 多核,多个线程可以同时执行,线程池



2、解决线程安全的方式

☺ 解决思路:破解产生的四个个条件即可

比如存在多个线程 ==> 使用单线程

比如并发执行 ==> 同步,加锁,例如使用Synchronized、lock; 乐观并发策略,例如CAS

比如非原子性操作 ==> 原子性操作,例如使用 原子操作类 Atomic,例如AtomicInteger

比如共享数据 ==> 数据类型不变的、已知线程安全的变量(集合 Vector、原子类Atomic)、线程局部变量(ThreadLocal)

  • 同步是指在多个线程并发访问共享数据时,保证共享数据在同一个时刻只被一条线程使用。



■ 常见的线程安全的解决方式

(1) 加锁方式

  • 使用 同步关键词 synchronized 或者 lock 的子类可重入锁 ReentrantLock
  • 互斥同步面临的主要问题是进行线程阻塞和唤醒所带来的性能开销,因此这种同步也被称为阻塞同步。【种悲观的并发策略】
  • 高并发场景,建议使用Lock锁,Lock锁要比使用Synchronize关键字在性能上有极大的提高,而且 Lock锁底层就是通过AQS+CAS机制实现的 ,而CAS 也是解决线程安全的另外一种方式。

★ 说说lock 和 synchronized 锁的区别

  • synchronized 是一个 关键字,使用C++实现的,没办法控制锁的开始、锁结束,也没办法中断线程的执行

  • 而 lock 是 java层面的实现可以获取锁的状态,开启锁,释放锁,通过设置可以中断线程的执行,更加灵活

  • 是否自动是否锁:synchronized 会自动是否锁,而 lock 需要手动调用unlock 方法释放,否则会死循环

lock.lock();//其他没有拿到锁的线程?阻塞 卡着不动
boolean res = lock.tryLock(1000, TimeUnit.MILLISECONDS);//一秒之后如果没有拿到锁,就返回false

lock.lockInterruptibly();//中断方法

(2) 乐观并发策略

  • CAS 乐观并发策略,无锁机制

  • 像线程安全的 原子操作类Atomic 底层就是使用 CAS 思想 ,只是落地实现是依赖 Unsafe 的CPU 原语级别的汇编操作

    new AtomicInteger().getAndAdd(1);//获取到当前值并加1
    // 底层实现
    public final int getAndAdd(int delta) {
       return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta);
    }
    public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
       int var5;
       do {
          var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
       } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
       return var5;
    }

    工作中,不建议使用Unsafe 类,类名就提示你了"不安全"!

    • 基于冲突检测的乐观并发策略,通俗地说就是不管风险,先进行操作,如果没有其他线程争用共享数据,那操作就直接成功了;如果共享的数据的确被争用,产生了冲突,那再进行其他的补偿措施,最常用的补偿措施是不断地重试,直到出现 没有竞争的共享数据为止。
    • 使用乐观并发策略需要“硬件指令集的发展”?因为我们必须要求**操作和冲突检测这两个步骤具备原子性**。靠什么来保证原子性?==> cpu 指令
  • CAS 可能出现的问题:死循环、 ABA 问题

    • ABA 问题的解决:带有 标记的 原子引用类 AtomicStampedReference ==> 类似思想"乐观锁,加版本号"

(3) 线程私有局部变量

  • 线程本地存储,比如 threadLocal,线程私有的局部变量,避免的共享变量的竞争

(4) 其他方式

  • 使用 volatile,利用它的可见性,禁止指令重排的特性,但原子性没法保证。在多线程下没有严格的写操作冲突同步要求,推荐使用。

    常用的场景是:使用volatile变量控制线程的终止

  • 写是复制--CopyOnWriteArrayList

    CopyOnWriteArrayList是JUC包提供的线程安全的List。



3、总结常用的解决线程安全方式

  • 加锁:sync、lock
  • (无锁)乐观并发:CAS
  • 原子操作类:atomic
  • (线程局部变量)变量不共享:threadlocal
  • volatile




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