Java中的线程安全和非线程安全

本文主要是介绍Java中的线程安全和非线程安全，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

线程安全：就是当多线程访问时，采用了加锁的机制；即当一个线程访问该类的某个数据时，会对这个数据进行保护，其他线程不能对其访问，直到该线程读取完之后，其他线程才可以使用。防止出现数据不一致或者数据被污染的情况。
线程不安全：就是不提供数据访问时的数据保护，多个线程能够同时操作某个数据，从而出现数据不一致或者数据污染的情况。
简单而言，非线程安全是指多线程操作同一个对象可能会出现问题。而线程安全则是多线程操作同一个对象不会有问题。

存在线程安全问题必须满足三个条件：
1.有共享变量
2.处在多线程环境下
3.共享变量有修改操作。

线程安全工作原理：
jvm中有一个Main Memory，每一个线程也有自己的Working Memory，一个线程对于一个变量variable进行操作的时候，都需要在自己的working memory里创建一个变量的副本copy，操作完之后再写入main memory。
当多个线程操作同一个变量variable，就可能出现不可预知的结果。

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note：

1.主内存（Main Memory）
主内存可以简单理解为计算机当中的内存，但又不完全等同。主内存被所有的线程所共享，对于一个共享变量（比如静态变量，或是堆内存中的实例）来说，主内存当中存储了它的“本尊”。
2.工作内存（Working Memory）
工作内存可以简单理解为计算机当中的CPU高速缓存，但又不完全等同。每一个线程拥有自己的工作内存，对于一个共享变量来说，工作内存当中存储了它的“副本”。

线程对共享变量的所有操作都必须在工作内存进行，不能直接读写主内存中的变量。不同线程之间也无法访问彼此的工作内存，变量值的传递只能通过主内存来进行。
（因为直接操作主内存太慢，所以jvm才利于性能比较高的工作内存，可以类比CPU、高速缓存和内存）

Java内存模型（JMM，Java Memory Model）如图：

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例：开启10个线程，每个线程当中让静态变量count自增100次。执行之后会发现，最终count的结果值未必是1000，有可能小于1000。（这里count是线程间的共享变量）

public class Test {
    public static int count = 0;

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        //开启10个线程
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            new Thread(
                    new Runnable(){
                        public void run(){
                            try{
                                Thread.sleep(1);
                            }
                            catch(InterruptedException e){
                                e.printStackTrace();
                            }
                            //每个线程中让count自增100次
                            for(int j = 0; j < 100; j++){
                                count++;
                            }
                        }
                    }).start();
        }
        try{
            Thread.sleep(2000);
        }
        catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("count= "+count);
    }
}
//运行结果：count= 952

假设count=2时，当线程1在将count++的结果(count=3)写入内存之前，线程2已经从内存中读取了count的值，并在这个值(count=2)上进行++操作，先于线程1将count=3写入了内存，这是线程1再将count=3写入内存，就存在错误了。

使用synchronized同步方法改进：

public class VolatileTest {
    public static int count = 0;

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        // 开启10个线程
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    // 每个线程中让count自增100次
                    for (int j = 0; j < 100; j++) {
                        count(); //count++;
                    }
                }
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("count= " + count);
    }

    public static synchronized void count() {
        count++;
    }
}

运行结果：

Java中实现线程安全的方法:
1. 最简单的方式，使用Synchronization关键字
用synchronized的关键是建立一个监控(monitor)，这个monitor可以是要修改的变量，也可以是其他自己认为合适的对象(方法)，然后通过给这个monitor加锁来实现线程安全，每个线程在获得这个锁之后，要执行完加载(load)到working memory再到使用(use) && 指派(assign)到 存储(store)再到main memory的过程。才会释放它得到的锁。这样就实现了所谓的线程安全。
2. 使用java.util.concurrent.atomic 包中的原子类，例如 AtomicInteger
3. 使用java.util.concurrent.locks 包中的锁
4. 使用线程安全的集合ConcurrentHashMap
5. 使用volatile关键字，保证变量可见性（直接从内存读，而不是从线程cache读）
参考：

https://blog.csdn.net/u011389474/article/details/54602812
https://www.zhihu.com/question/49855966
java 线程安全 synchronized 
漫画：什么是volatile关键字？（整合版）

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