Java中線(xiàn)程安全問(wèn)題

目錄

一.線(xiàn)程不安全

多線(xiàn)程的執行環(huán)境中，程序的執行結果和預期的結果不符合，這就稱(chēng)為發(fā)生了線(xiàn)程不安全現象

二.那些情況導致了線(xiàn)程不安全？

大致分為以下5種情況：

（1）CPU搶占執行 （無(wú)法解決）；
（2）非原子性 ；
（3）編譯器優(yōu)化（指令重排） 編譯器優(yōu)化在單線(xiàn)程下執行沒(méi)問(wèn)題，多線(xiàn)程下優(yōu)化會(huì )發(fā)生混亂；
（4）內存的不可見(jiàn)性 ；（volatile輕量級解決）
（5）多個(gè)線(xiàn)程修改了同一個(gè)變量。（方案：讓線(xiàn)程操作自己的變量可以解決該問(wèn)題，但業(yè)務(wù)場(chǎng)景發(fā)生變化，修改難度變大，通用性不高）

三.Java中解決線(xiàn)程不安全的方案

1.volatile“輕量級”解決線(xiàn)程不安全

volatile的出現可以解決上圖所展現的內存不可見(jiàn)問(wèn)題以及禁止指令重排

實(shí)現原理：工作內存中的變量操作結束后，強制刪除線(xiàn)程工作內存中的變量，起到內存可見(jiàn)注意事項：volatile不能解決原子性問(wèn)題。volatile可以解決線(xiàn)程不安全問(wèn)題是錯誤的（說(shuō)法不夠嚴謹）

下面兩種方案通過(guò)對關(guān)鍵代碼加鎖，讓cpu排隊執行，鎖操作的步驟為：
1）嘗試獲取鎖，如果拿到則加鎖，否則排隊等待獲取鎖  2）釋放鎖操作

2.synchronized自動(dòng)加鎖

①synchronized進(jìn)行自動(dòng)加鎖和釋放鎖，是Jvm層面的解決方案

synchronized使用舉例：使用兩個(gè)線(xiàn)程對變量count進(jìn)行一次++ 和 一次- -

沒(méi)有使用synchronized上鎖之前，由于非原子問(wèn)題，兩個(gè)線(xiàn)程進(jìn)行++和- -出現線(xiàn)程不安全問(wèn)題，通過(guò)synchronized關(guān)鍵字的使用，解決了非原子問(wèn)題，代碼運行實(shí)際結果和預期結果一致，保證了線(xiàn)程安全。

②synchronized實(shí)現原理：

1.基于操作系統而言，通過(guò)互斥鎖mutex實(shí)現
2.從Jvm層面來(lái)看，實(shí)現了一個(gè)監視器鎖的加鎖和釋放鎖過(guò)程。

3.從Java語(yǔ)言本身來(lái)看，存在一個(gè)互斥鎖mutex對象，鎖存在于對象的對象頭中，對象頭中的“偏向線(xiàn)程ID”，表明該鎖被該線(xiàn)程占有，釋放鎖后，偏向線(xiàn)程ID消失。

mutex結構信息：

Owner代表鎖的擁有者，為null時(shí)表示鎖未使用；Nest表示鎖的使用次數，為0表示沒(méi)有被使用；此外鎖可以嵌套使用，不會(huì )發(fā)生死鎖情況。

③synchronized鎖升級過(guò)程：

沒(méi)有線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)時(shí)處于無(wú)鎖狀態(tài) >> 第一個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，由無(wú)鎖狀態(tài)轉為偏向鎖 >> 輕量級鎖（其他線(xiàn)程嘗試獲取鎖，鎖處于自旋狀態(tài)） >> 重量級鎖（把沒(méi)有拿到鎖的線(xiàn)程放到等待隊列里面）

3.Lock手動(dòng)上鎖

Lock需要程序員自己手動(dòng)上鎖手動(dòng)釋放鎖；Lock是一個(gè)interface；創(chuàng )建鎖時(shí)可以通過(guò)Lock的實(shí)現類(lèi)ReentrantLock()完成：Lock lock = new ReentrantLock()；加鎖操作lock.lock()，釋放鎖操作lock.unlock()

使用Lock需要注意的問(wèn)題：

一定要把加鎖操作lock()放在try/finally外面如果把lock()放在try中會(huì )導致兩個(gè)問(wèn)題發(fā)生：
（1）try中代碼出現異常，此時(shí)就會(huì )執行finally中釋放鎖的操作，如果try還沒(méi)有加鎖就去釋放鎖，勢必是不行的。
（2）try中出現異常后，執行finally中釋放鎖操作，線(xiàn)程狀態(tài)異常會(huì )將try中業(yè)務(wù)異常覆蓋掉，增加了排除錯誤的成本。


將lock()放在try中第一句可以解決這個(gè)問(wèn)題


對比發(fā)現，這樣做業(yè)務(wù)異常是不會(huì )被線(xiàn)程的狀態(tài)異常覆蓋的，方便了排查錯誤?。?！

四.公平鎖與非公平鎖機制

公平鎖線(xiàn)程按順序執行；非公平鎖沒(méi)有順序，執行效率更高；Java中默認鎖策略為非公平鎖機制synchronized鎖機制：采用非公平鎖機制Lock鎖機制：默認采用非公平鎖機制，但是可以顯示地聲明為公平鎖，比如在創(chuàng )建鎖對象時(shí)，在構造方法中傳true：Lock lock = new ReentrantLock(true)

五.volatile和synchronized的區別

volatile可以解決內存不可見(jiàn)問(wèn)題以及禁止指令重排序，但是不能解決非原子性問(wèn)題；
synchronized可以解決大部分線(xiàn)程的非安全問(wèn)題，保證關(guān)鍵代碼排隊執行，無(wú)論何時(shí)鎖只被一個(gè)線(xiàn)程擁有，可解決非原子性問(wèn)題

六.synchronized和Lock的區別

1.synchronized自動(dòng)加鎖和釋放鎖，而Lock需要手動(dòng)加鎖和釋放鎖；

2.synchronized是Jvm層面的實(shí)現，Lock是Java語(yǔ)言層面的實(shí)現；

3.適用范圍不同：synchronized可以修飾代碼塊（對任意對象加鎖）、修飾靜態(tài)方法（對當前的類(lèi)進(jìn)行加鎖）、修飾普通的方法（對當前的實(shí)例對象進(jìn)行加鎖）；而Lock只能修飾代碼塊；

4.synchronized只有非公平鎖策略；Lock默認采用非公平鎖機制，但可以顯示聲明為公平鎖；

5.Lock的靈活性更高一些（比如：tryLock）

到此這篇關(guān)于Java中線(xiàn)程安全問(wèn)題的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java線(xiàn)程安全內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！