Java 是如何保证线程安全的
在多线程环境下，多个线程同时访问共享的数据可能导致数据的不一致性和错误的结果。为了保证线程安全，Java 提供了多种机制来保证线程安全，包括使用同步关键字、使用锁、使用原子类等。本文将介绍 Java 中常用的线程安全机制，并通过示例代码和图表来说明。
同步关键字
Java 中的同步关键字包括 synchronized 和 volatile。其中 synchronized 关键字用于修饰方法和代码块，可以保证同一时间只有一个线程可以执行被修饰的代码。而 volatile 关键字用于修饰变量，保证变量的可见性，即当一个线程修改了被 volatile 修饰的变量时，其他线程可以立即看到这个修改。
下面是一个使用 synchronized 关键字实现线程安全的示例：
public class Counter {
private int count;
public synchronized void increment() {
count++;
}
public int getCount() {
return count;
}
}
在上面的示例中，increment() 方法使用了 synchronized 关键字来修饰，保证了在同一时间只有一个线程可以执行 increment() 方法，从而避免了多个线程同时访问 count 变量导致的线程安全问题。
锁
除了使用 synchronized 关键字外，还可以使用锁来实现线程安全。Java 提供了 ReentrantLock 类来实现锁。下面是一个使用 ReentrantLock 实现线程安全的示例：
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Counter {
private int count;
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public void increment() {
lock.lock();
try {
count++;
} finally {
lock.unlock();
}
}
public int getCount() {
return count;
}
}
在上面的示例中，increment() 方法使用了 ReentrantLock 来实现锁定操作。当一个线程调用了 lock() 方法来获取锁后，其他线程将被阻塞，直到当前线程调用了 unlock() 方法释放锁。
原子类
Java 提供了一些原子类来实现线程安全的操作，如 AtomicInteger、AtomicLong 等。这些原子类提供了一些常见的原子操作，如增加、减少、比较等。
下面是一个使用 AtomicInteger 实现线程安全的示例：
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class Counter {
private AtomicInteger count = new AtomicInteger();
public void increment() {
count.incrementAndGet();
}
public int getCount() {
return count.get();
}
}
在上面的示例中，count 变量被声明为 AtomicInteger 类型，它提供了线程安全的自增操作 incrementAndGet() 和获取值操作 get()。
状态图
下面是一个使用 mermaid 语法表示的状态图，展示了多个线程对共享资源进行访问的过程：
stateDiagram
[*] --> Ready
Ready --> Running: 线程调度
Running --> CriticalSection: 获取锁
CriticalSection --> Running: 释放锁
Running --> [*]: 线程完成
序列图
下面是一个使用 mermaid 语法表示的序列图，展示了两个线程同时访问共享资源的过程：
sequenceDiagram
participant Thread1
participant Thread2
participant Counter
Thread1->>Counter: increment()
Thread2->>Counter: increment()
Counter->>Counter: 获取锁
Counter->>Counter: 递增计数
Counter->>Counter: 释放锁
Counter-->>Thread1: 返回结果
Counter-->>Thread2: 返回结果
在上面的序列图中，Thread1 和 Thread2 两个线程同时调用 Counter 对象的 increment() 方法，由于 increment() 方法使用了锁机制，只有一个线程可以获取到锁并执行递增计数的操作
