一、線程安全（重點(diǎn)）

1、線程安全概念

在多線程的情況下，需要考慮多個(gè)線程并行并發(fā)執(zhí)行：此時(shí)多個(gè)線程之間的代碼是隨機(jī)執(zhí)行的。如果多線程環(huán)境下代碼的運(yùn)行結(jié)果是符合我們的預(yù)期的，即在單線程情況下應(yīng)該的結(jié)果，則這個(gè)程序是線程安全的。

2、產(chǎn)生線程不安全的情況

多個(gè)線程共享變量的操作：

• 都是讀操作時(shí)，使用值進(jìn)行判斷，打印等操作（不存在線程安全問題）
• 存在線程進(jìn)行了寫操作（存在線程安全問題）

3、線程不安全的原因

（1）原子性：多行指令是最小的執(zhí)行單位（不可拆分），就具有原子性。如果不滿足原子性，則存在線程安全問題。

一條java語(yǔ)句不一定是原子的：

• 如n++、n--，是有三步組成：從內(nèi)存讀取到cpu寄存器、修改數(shù)據(jù)、再寫回到cpu；
• Object o=new Object()，也涉及到三個(gè)步驟：申請(qǐng)內(nèi)存、初始化對(duì)象、賦值。

以上列舉的雖然只是一條java語(yǔ)句，但是其不具有原子性。

（2）可見性：一個(gè)線程對(duì)共享變量的修改，能夠及時(shí)的被其他線程看見。多個(gè)線程并發(fā)并行執(zhí)行，使用各自的工作內(nèi)存，互相之間不可見（不具有可見性）。

Java內(nèi)存模型（JMM）：

目的是屏蔽掉各種硬件和操作系統(tǒng)的內(nèi)存訪問差異，以實(shí)現(xiàn)Java程序在各種平臺(tái)下都能達(dá)到一致的并發(fā)效果。

• 線程之間的共享變量存在主內(nèi)存；
• 每一個(gè)線程都有自己的工作內(nèi)存；
• 當(dāng)程序要讀取一個(gè)共享變量時(shí)，會(huì)先將變量從主內(nèi)存拷貝到工作內(nèi)存，再?gòu)墓ぷ鲀?nèi)存讀取數(shù)據(jù)；
• 當(dāng)程序要修改一個(gè)共享變量時(shí)，會(huì)先修改工作內(nèi)存中的副本，再同步到主內(nèi)存。

（3）代碼順序性/有序性：

代碼重排序：

比如，以下代碼：

1、去前臺(tái)取U盤，

2、回教室寫一會(huì)作業(yè)，

3、去前臺(tái)取快遞

在單線程的情況下，JVM、cpu會(huì)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，1→3→2，這樣會(huì)提高效率，這樣就叫做代碼重排序。

代碼重排序的前提是：保證邏輯不發(fā)生改變。

4、如何解決線程不安全問題

設(shè)計(jì)多線程代碼原則：滿足線程安全的前提下，盡可能地提高效率

（1）對(duì)共享變量的寫操作，可以加鎖來(lái)保證線程安全：

Java中加鎖的兩種方式：

• synchronized關(guān)鍵字：申請(qǐng)對(duì)給定的Java對(duì)象，對(duì)象頭加鎖；
• Lock：是一個(gè)鎖的接口，它的實(shí)現(xiàn)類提供了鎖這樣的對(duì)象，可以調(diào)用方法來(lái)加鎖/釋放鎖。

對(duì)共享變量的寫操作，不依賴任何共享變量，也可以使用volatile關(guān)鍵字來(lái)保證線程安全。

（2）對(duì)共享變量的讀操作，使用volatile關(guān)鍵字就可以保證線程安全

volatile關(guān)鍵字：修飾變量，變量的讀操作，本身就保證了原子性，volatile的作用是保證可見性和有序性，這樣就可以保證線程安全。

二、synchronized關(guān)鍵字

synchronized本質(zhì)上是修飾指定對(duì)象的對(duì)象頭去。使用角度來(lái)看，synchronized必須搭配一個(gè)具體的對(duì)象來(lái)使用。

1、使用

（1）修飾普通方法：鎖TestDemo對(duì)象

//方法一
public class TestDemo {
    public synchronized void methond() {
    }
}
//方法二
public class TestDemo {
    public  void methond() {
        synchronized(this){
        }
    }
}

（2）修飾靜態(tài)方法：鎖TestDemo對(duì)象

//方法一
public class TestDemo {
    public synchronized static void method() {
    }
}
//方法二
public class TestDemo {
    public static void method() {
        synchronized(TestDemo.class){
        }
    }
}

2、特性

（1）互斥

synchronized會(huì)起到同步互斥的作用，某個(gè)線程執(zhí)行到某個(gè)對(duì)象的synchronized中時(shí)，如果其他線程也執(zhí)行到同一個(gè)對(duì)象synchronized時(shí)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代碼塊，相當(dāng)于釋放鎖。

互斥可以滿足原子性，

（2）刷新內(nèi)存

synchronized結(jié)束釋放鎖，會(huì)把工作內(nèi)存中的數(shù)據(jù)刷新到主存中；其他線程申請(qǐng)鎖時(shí)，獲取的始終是最新的數(shù)據(jù)。（滿足可見性）。

（3）有序性

某個(gè)線程執(zhí)行一段同步代碼，不管如何重排序，過(guò)程中不可能有其他線程執(zhí)行的指令，這樣多個(gè)線程執(zhí)行同步代碼，就滿足一定的順序。

（4）可重入

同一個(gè)線程，可以多次申請(qǐng)同一個(gè)對(duì)象鎖（可重入）

三、volatile關(guān)鍵字

修飾某個(gè)變量（實(shí)例變量，靜態(tài)變量）

1、保證可見性

代碼在寫入volatilt修飾的變量時(shí)：

• 改變線程工作內(nèi)存中volatile變量副本的值
• 將改變后的副本的值從工作內(nèi)存中刷新到主存中

代碼在讀取volatile修飾的變量時(shí)：

• 從主存中讀取volatile變量的最新值到工作內(nèi)存中
• 從工作內(nèi)存中讀取副本值

2、禁止指令重排序

建立內(nèi)存屏障，保證代碼有序性。

3、不保證原子性

synchronized和volatile有著本質(zhì)區(qū)別。synchronized可以保證原子性，volatile保證的是內(nèi)存的可見性。

只能在共享變量的讀操作以及常量賦值操作時(shí)使用（這些操作本身就具有原子性）

四、wait和notify（線程間的通信）

線程通信：線程間通信，就是一個(gè)線程以通知的方式，喚醒某些等待的線程（或者讓當(dāng)前線程等待），這樣就可以讓線程通過(guò)通信的方式具有一定的順序性。

1、wait()方法

wait做的事情：

• 使當(dāng)前執(zhí)行代碼的線程進(jìn)入等待狀態(tài)（把線程放到等待隊(duì)列中）
• 釋放當(dāng)前的鎖
• 滿足一定條件時(shí)，重新嘗試獲取這個(gè)鎖

wait結(jié)束等待的條件：

• 其他線程調(diào)用該對(duì)象的notify方法
• wait等待時(shí)間超時(shí)（wait提供了一個(gè)帶一個(gè)參數(shù)的方法，可以指定等待時(shí)間）
• 其他線程調(diào)用該等待線程的interrupted方法，導(dǎo)致wait拋出InterruptedException異常

wait要搭配synchronized來(lái)使用。脫離synchronized使用wait會(huì)直接拋異常。

如下：

Object object = new Object();
    synchronized (object) {
        object.wait();
    }
//這種情況下線程會(huì)一直等待下去，這個(gè)時(shí)候需要使用notify來(lái)喚醒

2、notify()和notifyAll()方法

notify方法只是喚醒某一個(gè)等待的線程，使用notifyAll方法可以一次性喚醒所有的等待線程。

• notify()也是在同步方法中調(diào)用，用來(lái)通知其他等待的線程，對(duì)其發(fā)出通知notify，并使它們重新獲取該對(duì)象的對(duì)象鎖；
• 如果有多個(gè)線程在等待，則有線程調(diào)度器隨機(jī)挑選出一個(gè)處于等待狀態(tài)的線程；
• notify()方法執(zhí)行后，當(dāng)前線程不會(huì)立馬釋放該對(duì)象鎖，要等到當(dāng)前線程將程序執(zhí)行完，退出同步代碼塊后才會(huì)釋放對(duì)象鎖。

【注】

雖然notifyAll()同時(shí)喚醒所有處于等待狀態(tài)的線程，但是這些線程需要競(jìng)爭(zhēng)鎖。所以并不是同時(shí)執(zhí)行，仍然是有先后順序的執(zhí)行。

3、wait和sleep的對(duì)比

一個(gè)是用于線程之間的通信，一個(gè)是讓線程阻塞一段時(shí)間。

• wait需要搭配synchrionzed使用，sleep不用
• wait是Object的方法，sleep是Thread的靜態(tài)方法

五、線程和進(jìn)程的比較

1、線程的優(yōu)點(diǎn)

1. 創(chuàng)建線程的代價(jià)比創(chuàng)建進(jìn)程小得多
2. 與進(jìn)程切換相比，線程切換需要操作系統(tǒng)做的事少得多
3. 線程占用的資源比進(jìn)程少
4. 能充分利用多個(gè)處理器，提高效率
5. 在等待I/O操作結(jié)束的同時(shí)，程序可執(zhí)行其他的計(jì)算任務(wù)
6. I/O密集型操作，為了提高性能，將I/O操作重疊。線程可以同時(shí)等待不同的I/O操作
7. 計(jì)算密集型應(yīng)用，為了能在多處理器系統(tǒng)上運(yùn)行，將計(jì)算分解到多個(gè)線程中實(shí)現(xiàn)

2、線程和進(jìn)程的區(qū)別

• 進(jìn)程是進(jìn)行資源分配的最小單位，線程是程序執(zhí)行的最小單位
• 進(jìn)程有自己的內(nèi)存地址空間，線程只獨(dú)享指令流執(zhí)行的必要資源，如寄存器和棧
• 同一個(gè)進(jìn)程的各線程之間共享內(nèi)存和文件資源，可以不通過(guò)內(nèi)核進(jìn)行直接通信
• 線程的創(chuàng)建、切換、銷毀效率更高

到此這篇關(guān)于Java深入探索線程安全和線程通信的特性的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java線程安全內(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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