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一个代码在多线程的环境下就很容易出现错误.
线程安全的理解
线程安全是什么呢?通俗的来讲,线程安全就是在多线程的环境下,代码的结果是符合我们预期的,就可以称这个线程是安全的.
线程不安全的原因
①非原子性
关于原子性:
原子是最小的粒子,不可被分割.所以,原子性就是代表一系列不能被分割的操作.
可以这样说,在一节开往学校的火车的10号车厢上.你因为喝了太多水,突然想上厕所.于是便走到10号车险的公共厕所上,开展了"观察厕所是否有人","打开厕所门","进入厕所","关闭厕所门","上锁" ,"上厕所","解锁","打开厕所门","走出厕所","关闭厕所门"着这一系列的操作.
我们应该很容易理解这一系列操作有着原子性,既是是连续且不可被分割的吧.总不能在你进入厕所关上门后允许有人打开你的厕所门.
而上锁这一操作就很好的保持了这一系列的原子性,因为当你在厕所执行"任务"的时候,有人想要打开你的厕所门也进行不了这一操作.因为此时门被上锁了,是不可能被打开的.除非你在里面进行了解锁这一操作.
在java当中,原子性是一条语句吗?并不是的:
java
int n = 0;
n++;像是上面的代码的"n++"语句,是不是就很容易被理解具有原子性.
java是一门高级编程语言,在其之下的称之为汇编语言.在java中我们只是看到简单的n++一条语句,而在汇编语言中他的代码大致逻辑是:
- 从内存把数据读取到cpu中
- 进行数据的更新
- 将新数据写回cpu中
因为进程里的线程的调度是具有随机性的,在你执行把数据更新完但还没有写回这一步的时候,调度到了另一个线程,而且新被调度到的线程也要使用这个变量.这时候就会发生不对等的情况.
②可见性
在我们线程的基础知识中提及到,同一个进程中的多个线程之间是具有关联性的,线程间也共享着同一个空间 .在这一基础上:可见性指, 一个线程对共享变量值的修改，能够及时地被其他线程看到.
JMM内存模型:
JMM模型是一个抽象的逻辑型,规定了一个进程中的所有变量都要存储在主内存中,进程中的线程又是共享同一个空间,所以说同一个线程中的所有线程都可以访问到主内存.同时,进程中的线程又有一个单独的工作内存.
- 当线程要读取 一个主内存中的共享变量时,先要把主内存中的共享变量拷贝到工作内存中,再从工作内存中读取此数据
- 当线程要更新 一个主内存中的共享变量时,先要把主内存中的共享变量拷贝到工作内存中 并进行更新 拷贝过来的副本,再去更改主内存的共享变量
因为这个可见性的缘故,线程1要修改共享变量的时候,线程2的同一个变量的数据还没有得到更新.就会导致结果的偏差.
③代码重排序
JVM、CPU指令集会对代码进行优化
编译器对于指令重排序的前提是 "保持逻辑不发生变化". 这一点在单线程环境下比较容易判断, 但
是在多线程环境下就没那么容易了, 多线程的代码执行复杂程度更高, 编译器很难在编译阶段对代
码的执行效果进行预测, 因此激进的重排序很容易导致优化后的逻辑和之前不等价
体会何为不安全的线程
java
public class Test {
public static int n = 0;
public static void count(){
n++;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//线程0
Thread thread0 = new Thread(() ->{
for(int i = 0; i < 10000; i++){
count();//每次调用,n+1.预取:线程0能使n加上10000次
}
});
//线程1
Thread thread1 = new Thread(() ->{
for(int i = 0; i < 10000; i++){
count();//每次调用,n+1.预取:线程1能使n加上10000次
}
});
thread0.start();//启动
thread1.start();
//等到线程0,线程1执行完成才去打印
thread0.join();
thread1.join();
//我们的预期是,线程0加上10000,线程1加上10000.n为20000
System.out.println(n);
}
}
出现的结果不符合我们期望,就是因为count方法中没有保持原子性,导致两个线程间同一数据读出和写出的步骤重合而最终的数据错误.
通俗的来说,在多线程环境下可能出现线程不安全的原因有:
- 线程是抢占式执行的,随机调度导致的
- 多个线程修改同一个变量,会出现可见性的问题
- 线程中的修改操作不是原子性的
保证线程安全
可以给一个代码块使用synchronized关键字进行修饰,达到了上锁的作用.保证其原子性
我们更新一下,在count方法上使用synchronized修饰.在每一个线程调用的时候,其他线程对于这个count方法都会变为阻塞状态,即不能调用这个方法.
java
public static synchronized void count(){
n++;
}最后的结果,我们就可以很好的保证了预期结果的正确,达到了多线程环境下的安全.
