线程安全

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什么是线程安全

当多个线程访问一个对象时,如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行,也不需要进行额外的同步,或者在调用方法进行其他的协调操作,调用这个对象的行为都可以获得正确的结果,那么说这个对象是线程安全的

Java语言中的线程安全

java语言中各种操作共享数据分为以下五类
  • 不可变:不可变的对象一定是线程安全的,无论是对象的方法实现还是方法的调用者,都不需要再采取任何的下成功安全保障措施。eg:基本数据类型,定义时使用final关键字修饰;java.lang.String类的对象,是不可变对象
  • 绝对线程安全:不管运行时环境如何,调用者都不需要任何额外的同步措施。绝对线程安全中绝对就是,比如java.util.Vector是一个线程安全的容器,尽管他的get(),remove(),size()方法都是同步的,但是在多线程的环境中,如果不在方法的调用端做额外的同步措施的话,使用代码可能还是不安全的。eg开启两个线程,一个删除元素,一个获取元素,就会出现错误
  • 相对线程安全:是我们通常意义上讲的线程安全,它需要保证对这个独享单独的操作是线程安全的,我们在调用的时候不需要做额外的保障措施 eg:vector,hashtable
  • 线程兼容:线程兼容是指对象本身不是线程安全,但是可以通过在调用端正确的使用同步手段来保证对象在并发环境中可以安全的使用。eg:arraylist,hashmap
  • 线程对立:无论调用端是否采取了同步措施,都无法在多线程环境中并发使用的代码

线程安全的实现方法:

1.互斥同步
同步:多个线程并发访问共享数据时,保证共享数据在同一时刻只被一个(或者一些,使用信号量的时候)线程使用
互斥:实现同步的一种手段。临界区,互斥量,信号量都是主要的互斥实现方式。
基本的互斥同步手段Synchronized关键字,具体看Synchronized关键字的用法
ReentrantLock:和syschronized关键字相似,都具备线程重入性,ReentrantLock比synchronized多的新功能:

  • 等待可中断:指当持有锁的线程长期不释放锁的时候,正在等待的线程可以选择放弃等待,改为处理其他事情
  • 公平锁:多个线程等待同一个锁时,必须按照申请锁的时间顺序来依次获得锁,而非公平锁不能保证这一点,synchronized中锁是非公平的,ReentrantLock默认情况下也是非公平的,但是可以通过带布尔值的构造函数要求使用公平锁
  • 锁绑定多个条件:一个ReentrantLock对象可以同时绑定多个Condition对象,synchronized要和多于一个条件关联时,需要额外添加锁,而ReentrantLock只需要多次调用newCondition()方法即可

在jdk1.6之前,如果考虑性能因素,使用ReentrantLock是一个和好的选择,但是JDK1.6之后,加入了很多针对锁的优化措施,synchronized和ReentrantLock的性能基本上是完全持平了,所以优先考虑使用synchronized

2.非阻塞同步:
互斥同步最重要的问题就是进行线程阻塞和唤醒所带来的性能问题,所以也叫阻塞同步。从处理方式上来说互斥同步是悲观的并发策略。
非阻塞同步:一种乐观的并发策略,通俗地说就是先进行操作,如果没有其它线程争用共享数据,那操作就成功,如果共享数据冲突,再采取补救措施(最常用的补救措施就是不断重复直到成功),这种乐观的并发策略的许多实现都不需要把线程挂起。
非阻塞同步的方式需要硬件指令集,例如锁小结中介绍的CAS指令
3.无同步方案:
如果一个方法本来就不涉及共享数据,它自然就无须任何同步措施去保证正确性,一些代码天生就是线程安全的比如

  • 可重入代码:可以在代码执行的任何时刻中断它,转而去执行另一段代码(包括递归他本身),而在控制权返回后,原来的程序不会出现任何错误。
  • 线程本地存储:如果一段代码所需要的数据必须与其它代码共享,那就看看这些共享数据的代码能否在同一个线程中执行,如果能就无须同步。
    eg:TreadLocal类 具体看ThreadLocal

另:https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook/blob/master/notes/Java%20%E5%B9%B6%E5%8F%91.md 还有补充

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