线程安全(JAVA)

线程安全对于我们编写多线程代码是非常重要的。

什么是线程安全?

在我们平时的代码中有些代码在单线程程序中可以正常执行,但如果同样的代码放在在多个线程中执行就会引发BUG,而这种现象我们一般称为 "线程安全问题" 或 "线程不安全"。

例如:使用两个线程对 count 变量进行自增操作,每个线程10000次。

java 复制代码
private static int count;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread(()->{
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            count++;
        }
    });
    Thread t2 = new Thread(()->{
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            count++;
        }
    });

    t1.start();
    t2.start();

    t1.join();
    t2.join();
    System.out.println(count);
}

结果可以看到和我们预期的并不相同,而且当我们多运行几次后,每次的结果还都不相同,这就是一个典型的 线程安全问题
为什么会出现上述情况呢?

  • 自增操作本质上其实分为三步

    -- 从内存把数据读到 CPU

    -- 进行加一操作

    -- 把新数据写回到 CPU

  • 两个线程是并发执行

所以就会引发下面这种状况(程序按照时间线从上往下执行 ):

这里只是简单画了六种,由于线程的调度是无序的所以这里会有无数种情况,但是在这无数种情况中,只有当两个线程的调度每次都满足前两种情况才不会发生BUG。

引发线程安全的原因

一般引发线程安全都有以下原因:

  1. 操作系统中线程的调度是随机的(抢占式执行,罪魁祸首)
  2. 多个线程针对同一个变量进行修改
  3. 修改操作不是原子的
  4. 内存可见性问题
  5. 指令重排序问题

想要解决线程安全问题就需要从上面这几点出发,由于我们上述的代码不涉及4和5所以无需考虑它们,而第一点是系统原因是客观存在的无法更改。

我们此时有两种解决方法:

  • 将这个代码改为单线程(解决多个线程针对同一个变量进行修改的问题);
  • 让该自增操作变为原子的(解决修改操作不是原子的问题)

这两种方法都可以解决此代码的线程安全问题,第一种很好实现,那么我们该怎样让这个自增操作变为原子的呢?加锁!

synchronized 关键字

synchronized 关键字是JAVA提供的一种常用的加锁工具。

注:

  • synchronized关键字在使用时需要搭配()和{};
  • 程序执行进入 { 加锁 离开 } 解锁 ,{} 里面就是被加锁的代码块;
  • ()里面用来表示一个加锁的对象(这个对象是啥不重要,它的主要功能就是用来区分多个线程是否在竞争同一个锁)。

如果多个线程对同一个线程尝试进行加锁操作就会产生锁竞争(其中一个线程就会发生阻塞等待),如果是不同对象就不会产生锁竞争,仍然是并发执行。

我们先随便创建一个Object类型的对象,命名为lock,将count++放入{}中

java 复制代码
private static int count;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Object lock = new Object();
    Thread t1 = new Thread(()->{
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            synchronized(lock) {
                count++;
            }
        }
    });
    Thread t2 = new Thread(()->{
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            synchronized(lock) {
                count++;
            }
        }
    });

    t1.start();
    t2.start();

    t1.join();
    t2.join();
    System.out.println(count);
}

由于我们对count++加了锁所以线程t1和t2就会在执行过程中相互影响。

当t1线程在执行++操作时,如果t2线程也想执行++操作就会发生阻塞等待,当t1线程执行完++操作出了 } 后会解锁,此时 t2 才会继续向下执行。

此时这个程序的执行顺序就只会是这类正确的类型:

相关推荐
群联云防护小杜7 分钟前
构建分布式高防架构实现业务零中断
前端·网络·分布式·tcp/ip·安全·游戏·架构
程序猿小D1 小时前
[附源码+数据库+毕业论文]基于Spring+MyBatis+MySQL+Maven+jsp实现的个人财务管理系统,推荐!
java·数据库·mysql·spring·毕业论文·ssm框架·个人财务管理系统
独行soc1 小时前
2025年渗透测试面试题总结-2025年HW(护网面试) 33(题目+回答)
linux·科技·安全·网络安全·面试·职场和发展·护网
转转技术团队2 小时前
二奢仓店的静默打印代理实现
java·后端
liulilittle2 小时前
LinkedList 链表数据结构实现 (OPENPPP2)
开发语言·数据结构·c++·链表
钢铁男儿2 小时前
C# 接口(什么是接口)
java·数据库·c#
丶小鱼丶2 小时前
排序算法之【归并排序】
java·排序算法
上上迁2 小时前
分布式生成 ID 策略的演进和最佳实践,含springBoot 实现(Java版本)
java·spring boot·分布式
永日456702 小时前
学习日记-spring-day42-7.7
java·学习·spring
花木偶3 小时前
【郑大二年级信安小学期】Day6:CTF密码学&杂项&工具包
安全·web安全·密码学