【JavaEE】多线程(线程安全问题)

有些代码在单个线程环境下执行正确,如果同样的代码在多个线程下同时执行可能就会出现问题,这个就是线程安全问题(或者称线程不安全问题),简而言之就是:线程安全问题是由于多线程出现的问题,原因是在多线程条件下存在数据共享。

线程安全问题

1. 观察线程不安全

下面这个例子是两个线程同时对一个变量进行自增50000次,正常情况下如果我们对一个变量自增两次五万次,结果应该是十万,但下图的结果却是其他数字,这种实际情况与预期不符的现象就是线程不安全。相反如果我们改变一些顺序就可以出现预期的结果了,只是两个线程不再是同时执行。

在这之前需要了解一个知识点,站在cpu的角度看count++,它其实是分成三步的(第一步:load 把数据从内存读到cpu上;第二步:add 把寄存器中的数据加1;第三步:save 把寄存器中的数据保存到内存中)

2. 出现线程不安全的原因

2.1 操作系统对线程的调度是随机的

什么是调度顺序?每一步的执行顺序。

t1可能先执行load、add、save, 然后再是t2的 load 、add、save;也可能是 t1 可能先执行load、add, 然后是t2的 load 、add、save,最后是 t1 的save等等很多情况

为什么调度顺序不一样产生的结果不一样呢?我们再进行深度剖析。挑选一个同时的调度顺序进行展开叙述:每个线程都有自己的cpu,方块代表内存,椭圆代表cpu;

以下这个是一个线程一个线程执行的,先进行t1再进行t2的情况,最终的结果是2,结果这个没有问题(这里每个线程我只进行一次自增,剩下的自增结果是类似的)

接着下面这个调度顺序是两个线程同时进行出现不同的结果,同样是自增一次,最后内存结果确实1,这就是调度顺序引起的线程不安全

2.2 多个线程修改同一个变量

t1和t2同时对count进行修改自增 也引起了线程不安全,如果是一个一个执行就不存在线程安全问题(看上图)。

2.3 修改操作不是原子的

也因为自增是分成三步的导致调度顺序不同,产生的结果不同。

2.4 内存可见性
2.5 指令重排性

3. 解决线程不安全

想要解决线程安全问题,就需要从以上原因入手。线程调度随机是由系统解决的这个无法改变;同时修改一个变量有时可以通过调换代码顺序进行解决,有些情况下不可以;操作不是原子可以通过加锁实现(给每一个步骤都加锁变成原子),剩下的内存可见性和指令重排序在这个代码中不存在,另外讨论。


加锁(synchronized)

在已经加锁的状态下,另一个线程尝试同样加这个锁,就会产生锁冲突(也叫锁竞争),后面那个线程就会阻塞,直到前面那个线程解锁。

将上面代码进行加锁得到以下代码。

接着进行深度的理解每一步的过程

等待中也就意味着阻塞,然而阻塞也就避免了每个线程的三步进行"串行",于是线程安全问题也就解决掉了。

synchronized不仅可以修饰代码块,还可以修饰实例方法和静态方法,下面是实例方法

复制代码
public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Counter counter = new Counter();
        Thread t1 = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                counter.insert();
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                counter.insert();
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println("counter.count:"+counter.count);
    }
}
class Counter{
    public int count ;
    //方法1:
//    synchronized public void insert(){ //修饰实例方法
//        count++;
//    }
    //上面这中写法等价于下面这种,方法二:
    public void insert(){
        synchronized(this){
            count++;
        }
    }
}

静态方法

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