java 不加锁实现线程安全

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mob649e815574e6 2023-09-10 05:33:15 ©著作权

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Java不加锁实现线程安全

引言

在多线程开发中，线程安全是一个重要的概念。它指的是多个线程访问共享资源时，不会出现数据不一致或者不可预期的结果。传统的实现方式是使用锁来保护共享资源，但是锁的使用可能会引入性能问题和死锁等风险。因此，本文将介绍一些不加锁的方法来实现线程安全。

并发问题的原因

在介绍不加锁实现线程安全之前，我们先来了解一下并发问题的原因。并发问题主要包括原子性问题、可见性问题和有序性问题。

原子性问题：原子性是指操作不可分割，要么全部执行成功，要么全部失败。在多线程环境下，如果多个线程同时修改同一个数据，就可能导致原子性问题，例如计数器递增操作。
可见性问题：可见性是指一个线程对共享变量的修改，能够被其他线程及时感知到。如果一个线程对共享变量进行了修改，但是其他线程看不到修改后的值，就会导致可见性问题。
有序性问题：有序性是指程序按照我们期望的顺序执行。在多线程环境下，由于线程的切换和指令重排等因素，可能导致程序的执行顺序和我们期望的不一致，从而引发有序性问题。

不加锁实现线程安全的方法

1. 使用线程安全的数据结构

Java提供了一些线程安全的数据结构，例如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。这些数据结构内部使用了一些特殊的算法和技巧来保证线程安全。下面是一个使用ConcurrentHashMap实现线程安全的示例代码：

import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ThreadSafeMapExample {
    private static Map<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                map.put("key" + i, i);
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                map.put("key" + i, i);
            }
        });

        thread1.start();
        thread2.start();

        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(map.size()); // 输出结果应为2000
    }
}

2. 使用线程本地变量（Thread Local）

线程本地变量是一种特殊的变量，每个线程都有自己的变量副本，线程之间互不干扰。通过将共享变量改为线程本地变量，可以避免并发问题。下面是一个使用线程本地变量实现线程安全的示例代码：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class ThreadLocalExample {
    private static ThreadLocal<AtomicInteger> counter = ThreadLocal.withInitial(AtomicInteger::new);

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                counter.get().incrementAndGet();
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                counter.get().incrementAndGet();
            }
        });

        thread1.start();
        thread2.start();

        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(counter.get().get()); // 输出结果应为2000
    }
}