Java中线程安全问题

一.线程不安全

多线程的执行环境中，程序的执行结果和预期的结果不符合，这就称为发生了线程不安全现象

二.那些情况导致了线程不安全？

大致分为以下5种情况：

（1）CPU抢占执行 （无法解决）；
（2）非原子性 ；
（3）编译器优化（指令重排） 编译器优化在单线程下执行没问题，多线程下优化会发生混乱；
（4）内存的不可见性 ；（volatile轻量级解决）
（5）多个线程修改了同一个变量。（方案：让线程操作自己的变量可以解决该问题，但业务场景发生变化，修改难度变大，通用性不高）

三.Java中解决线程不安全的方案

1.volatile“轻量级”解决线程不安全

volatile的出现可以解决上图所展现的内存不可见问题以及禁止指令重排

实现原理：工作内存中的变量操作结束后，强制删除线程工作内存中的变量，起到内存可见注意事项：volatile不能解决原子性问题。volatile可以解决线程不安全问题是错误的（说法不够严谨）

下面两种方案通过对关键代码加锁，让cpu排队执行，锁操作的步骤为：
1）尝试获取锁，如果拿到则加锁，否则排队等待获取锁  2）释放锁操作

2.synchronized自动加锁

①synchronized进行自动加锁和释放锁，是JVM层面的解决方案

synchronized使用举例：使用两个线程对变量count进行一次++ 和 一次- -

没有使用synchronized上锁之前，由于非原子问题，两个线程进行++和- -出现线程不安全问题，通过synchronized关键字的使用，解决了非原子问题，代码运行实际结果和预期结果一致，保证了线程安全。

②synchronized实现原理：

1.基于操作系统而言，通过互斥锁mutex实现
2.从Jvm层面来看，实现了一个监视器锁的加锁和释放锁过程。

3.从Java语言本身来看，存在一个互斥锁mutex对象，锁存在于对象的对象头中，对象头中的“偏向线程ID”，表明该锁被该线程占有，释放锁后，偏向线程ID消失。

mutex结构信息：

Owner代表锁的拥有者，为null时表示锁未使用；Nest表示锁的使用次数，为0表示没有被使用；此外锁可以嵌套使用，不会发生死锁情况。

③synchronized锁升级过程：

没有线程访问时处于无锁状态 >> 第一个线程访问时，由无锁状态转为偏向锁 >> 轻量级锁（其他线程尝试获取锁，锁处于自旋状态） >> 重量级锁（把没有拿到锁的线程放到等待队列里面）

3.Lock手动上锁

Lock需要程序员自己手动上锁手动释放锁；Lock是一个interface；创建锁时可以通过Lock的实现类ReentrantLock()完成：Lock lock = new ReentrantLock()；加锁操作lock.lock()，释放锁操作lock.unlock()

使用Lock需要注意的问题：

一定要把加锁操作lock()放在try/finally外面如果把lock()放在try中会导致两个问题发生：
（1）try中代码出现异常，此时就会执行finally中释放锁的操作，如果try还没有加锁就去释放锁，势必是不行的。
（2）try中出现异常后，执行finally中释放锁操作，线程状态异常会将try中业务异常覆盖掉，增加了排除错误的成本。


将lock()放在try中第一句可以解决这个问题


对比发现，这样做业务异常是不会被线程的状态异常覆盖的，方便了排查错误！！！

四.公平锁与非公平锁机制

公平锁线程按顺序执行；非公平锁没有顺序，执行效率更高；Java中默认锁策略为非公平锁机制synchronized锁机制：采用非公平锁机制Lock锁机制：默认采用非公平锁机制，但是可以显示地声明为公平锁，比如在创建锁对象时，在构造方法中传true：Lock lock = new ReentrantLock(true)

五.volatile和synchronized的区别

volatile可以解决内存不可见问题以及禁止指令重排序，但是不能解决非原子性问题；
synchronized可以解决大部分线程的非安全问题，保证关键代码排队执行，无论何时锁只被一个线程拥有，可解决非原子性问题

六.synchronized和Lock的区别

1.synchronized自动加锁和释放锁，而Lock需要手动加锁和释放锁；

2.synchronized是Jvm层面的实现，Lock是Java语言层面的实现；

3.适用范围不同：synchronized可以修饰代码块（对任意对象加锁）、修饰静态方法（对当前的类进行加锁）、修饰普通的方法（对当前的实例对象进行加锁）；而Lock只能修饰代码块；

4.synchronized只有非公平锁策略；Lock默认采用非公平锁机制，但可以显示声明为公平锁；

5.Lock的灵活性更高一些（比如：tryLock）

到此这篇关于Java中线程安全问题的文章就介绍到这了,更多相关Java线程安全内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网！