注：日常学习记录贴，下面描述的有误解的话请指出，大家一同学习。



线程安全



一、 什么是线程安全

就是我们所说的线程同步的意思：
  多线程的存在就是压榨cpu，提高程序性能，还能减少一定的设计复杂度。

  当一个程序对一个线程安全的方法或者语句进行访问的时候，其他的不能再对他进行操作了，必须等到这次访问结束以后才能对这个线程安全的方法进行访问。
也就是：
  如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。



        在这里我们就需要简单解读下java的内存模型

  1.Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中，此处的主内存仅仅是虚拟机内存的一部分，而虚拟机内存也仅仅是计算机物理内存的一部分（为虚拟机进程分配的那一部分）。

  2.Java内存模型分为主内存，和工作内存。主内存是所有的线程所共享的，工作内存是每个线程自己有一个，不是共享的，所以只有存在共享数据时才需要考虑线程安全问题。

  3.每条线程还有自己的工作内存，线程的工作内存中保存了被该线程使用到的变量的主内存副本拷贝。线程对变量的所有操作（读取、赋值），都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量。不同线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成，线程、主内存、工作内存三者之间的交互关系如下图：



二、线程3个核心概念



1.原子性

  这一点，跟数据库事务的原子性概念差不多，即一个操作（有可能包含有多个子操作）要么全部执行（生效），要么全部都不执行（都不生效）。



2.可见性

  可见性是指，当多个线程并发访问共享变量时，一个线程对共享变量的修改，其它线程能够立即看到。可见性问题是好多人忽略或者理解错误的一点。

  CPU从主内存中读数据的效率相对来说不高，现在主流的计算机中，都有几级缓存。每个线程读取共享变量时，都会将该变量加载进其对应CPU的高速缓存里，修改该变量后，CPU会立即更新该缓存，但并不一定会立即将其写回主内存（实际上写回主内存的时间不可预期）。此时其它线程（尤其是不在同一个CPU上执行的线程）访问该变量时，从主内存中读到的就是旧的数据，而非第一个线程更新后的数据。

这一点是操作系统或者说是硬件层面的机制，所以很多应用开发人员经常会忽略。



3.顺序性

  顺序性指的是，程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。



三、解决方法



1.加锁



(1) 锁能使其保护的代码以串行的形式来访问，当给一个复合操作加锁后，能使其成为原子操作。一种错误的思想是只要对写数据的方法加锁，其实这是错的，对数据进行操作的所有方法都需加锁，不管是读还是写。



(2) 加锁时需要考虑性能问题，不能总是一味地给整个方法加锁synchronized就了事了，应该将方法中不影响共享状态且执行时间比较长的代码分离出去。



(3) 加锁的含义不仅仅局限于互斥，还包括可见性。为了确保所有线程都能看见最新值，读操作和写操作必须使用同样的锁对象。



2.不共享状态



(1) 无状态对象： 无状态对象因为不包含任何域，也不包含任何对其他类中域的引用，计算过程中的临时状态仅存在于线程栈的局部变量中，并且只能由正在执行的线程访问，当前线程不会影响到其他正在运行的线程，所以无状态对象一定是线程安全的。



(2) 无状态的成员变量：在有状态的对象中存在无状态的成员变量，也就是该变量没有被操作。



3.不可变对象



可以使用final修饰的对象保证线程安全，由于final修饰的引用型变量(除String外)不可变是指引用不可变，但其指向的对象是可变的，所以此类必须安全发布，也即不能对外提供可以修改final对象的接口。



4.使用线程安全对象存储数据



比如



ConcurrentHashMap：

引进了segment(桶)概念，其实一个segment就是一个hashmap，每个segment的读写都是高度自治的，segment之间不相互影响，称之为"锁分段技术"。



ThreadLocal：

ThreadLocal，顾名思义，它不是一个线程，而是线程的一个本地化对象。当工作于多线程中的对象使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程分配一个独立的变量副本。所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其他线程所对应的副本。从线程的角度看，这个变量就像是线程的本地变量



5.多线程无锁队列

一个负责添加数据，一个负责处理数据。 多线程无锁队列还是有锁的，只不过是用了cpu层面的CAS（Compare & Set，或是 Compare & Swap）原子操作，用到这个操作，只需要在取队列元素和添加队列元素的时候利用CAS原子操作，就可以保证多个线程对队列元素的有序存取；
小结：
1.无锁队列只适合两个线程并行使用，一个压入数据，一个弹出数据 2.无锁队列是没有锁的并行，没有死锁的危险 3.无锁队列中head和tail只有在计算结束之前的时候才能进行自增运算