深入探究Java線程不安全的原因與解決
一、什么是線程安全
想給出一個(gè)線程安全的確切定義是復(fù)雜的,但我們可以這樣認(rèn)為:
如果多線程環(huán)境下代碼運(yùn)行的結(jié)果是符合我們預(yù)期的,即在單線程環(huán)境應(yīng)該的結(jié)果,則說(shuō)這個(gè)程序是線程安全的
二、線程不安全的原因
1、修改共享數(shù)據(jù)
static class Counter { public int count = 0; void increase() { count++; } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { final Counter counter = new Counter(); Thread t1 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 50000; i++) { counter.increase(); } }); Thread t2 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 50000; i++) { counter.increase(); } }); t1.start(); t2.start(); t1.join(); t2.join(); System.out.println(counter.count); }
上面的線程不安全的代碼中, 涉及到多個(gè)線程針對(duì) counter.count 變量進(jìn)行修改.此時(shí)這個(gè) counter.count 是一個(gè)多個(gè)線程都能訪問(wèn)到的 “共享數(shù)據(jù)”
2、原子性
原子性就是 提供互斥訪問(wèn),同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作,有時(shí)也把這個(gè)現(xiàn)象叫做同步互斥,表示操作是互相排斥的
不保證原子性會(huì)給多線程帶來(lái)什么問(wèn)題 如果一個(gè)線程正在對(duì)一個(gè)變量操作,中途其他線程插入進(jìn)來(lái)了,如果這個(gè)操作被打斷了,結(jié)果就可能是錯(cuò)誤的。 這點(diǎn)也和線程的搶占式調(diào)度密切相關(guān). 如果線程不是 “搶占” 的, 就算沒(méi)有原子性, 也問(wèn)題不大
3、內(nèi)存可見(jiàn)性
可見(jiàn)性指, 一個(gè)線程對(duì)共享變量值的修改,能夠及時(shí)地被其他線程看到.
Java 內(nèi)存模型 (JMM): Java虛擬機(jī)規(guī)范中定義了Java內(nèi)存模型. 目的是屏蔽掉各種硬件和操作系統(tǒng)的內(nèi)存訪問(wèn)差異,以實(shí)現(xiàn)讓Java程序在各種平臺(tái)下都能達(dá)到一致的并發(fā)效果.
private static int count = 0; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread t1 = new Thread(() -> { while (count == 0) { } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "執(zhí)?完成"); }); t1.start(); Scanner scanner = new Scanner(System.in); System.out.print("->"); count = scanner.nextInt(); }
4、指令重排序
一個(gè)線程觀察其他線程中的指令執(zhí)行順序,由于指令重排序,該觀察結(jié)果一般雜亂無(wú)序,(happens-before原則)。
編譯器對(duì)于指令重排序的前提
“保持邏輯不發(fā)生變化”. 這一點(diǎn)在單線程環(huán)境下比較容易判斷, 但是在多線程環(huán)境下就沒(méi)那么容易了, 多線程的代碼執(zhí)行復(fù)雜程度更高, 編譯器很難在編譯階段對(duì)代碼的執(zhí)行效果進(jìn)行預(yù)測(cè), 因此激進(jìn)的重排序很容易導(dǎo)致優(yōu)化后的邏輯和之前不等價(jià)
三、解決線程安全方案
- volatile解決內(nèi)存可見(jiàn)性和指令重排序
代碼在寫(xiě)入 volatile 修飾的變量的時(shí)候:
改變線程?作內(nèi)存中volatile變量副本的值,將改變后的副本的值從?作內(nèi)存刷新到主內(nèi)存
- 直接訪問(wèn)工作內(nèi)存,速度快,但是可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)不?致的情況
- 加上 volatile , 強(qiáng)制讀寫(xiě)內(nèi)存. 速度是慢了, 但是數(shù)據(jù)變的更準(zhǔn)確了
代碼示例:
/** * 內(nèi)存可見(jiàn)性 * 線程1沒(méi)感受到flag的變化,實(shí)際線程2已經(jīng)改變了flag的值 * 使用volatile,解決內(nèi)存可見(jiàn)性和指令重排序 */ public class ThreadSeeVolatile { //全局變量 private volatile static boolean flag = true; public static void main(String[] args) { //創(chuàng)建子線程 Thread t1 = new Thread(() ->{ System.out.println("1開(kāi)始執(zhí)行:" + LocalDateTime.now()); while(flag){ } System.out.println("2結(jié)束執(zhí)行" + LocalDateTime.now()); }); t1.start(); Thread t2 = new Thread(() ->{ //休眠1s try { Thread.sleep(10000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("修改flag=false"+ LocalDateTime.now()); flag = false; }); t2.start(); } }
volatile的缺點(diǎn)
volatile 雖然可以解決內(nèi)存可見(jiàn)性和指令重排序的問(wèn)題,但是解決不了原子性問(wèn)題,因此對(duì)于 ++ 和 --操作的線程非安全問(wèn)題依然解決不了
- 通過(guò)synchronized鎖實(shí)現(xiàn)原子性操作
JDK提供鎖分兩種:
①一種是synchronized,依賴JVM實(shí)現(xiàn)鎖,因此在這個(gè)關(guān)鍵字作用對(duì)象的作用范圍內(nèi)是同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程進(jìn)行操作;
②另一種是LOCK,是JDK提供的代碼層面的鎖,依賴CPU指令,代表性的是ReentrantLock。
- synchronized 會(huì)起到互斥效果, 某個(gè)線程執(zhí)行到某個(gè)對(duì)象的synchronized 中時(shí), 其他線程如果也執(zhí)行到同一個(gè)對(duì)象 synchronized 就會(huì)阻塞等待.
- 進(jìn)入 synchronized 修飾的代碼塊, 相當(dāng)于 加鎖
- 退出 synchronized 修飾的代碼塊, 相當(dāng)于 解鎖
synchronized修飾的對(duì)象有四種:
(1)修飾代碼塊,作用于調(diào)用的對(duì)象
(2)修飾方法,作用于調(diào)用的對(duì)象
(3)修飾靜態(tài)方法,作用于所有對(duì)象
(4)修飾類,作用于所有對(duì)象
// 修飾一個(gè)代碼塊: 明確指定鎖哪個(gè)對(duì)象 public void test1(int j) { synchronized (this) { } } // 修飾一個(gè)方法 public synchronized void test2(int j) { } // 修飾一個(gè)類 public static void test1(int j) { synchronized (SynchronizedExample2.class) { } } // 修飾一個(gè)靜態(tài)方法 public static synchronized void test2(int j) { }
到此這篇關(guān)于深入探究Java線程不安全的原因與解決的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java線程不安全內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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