線程安全基本概念

內(nèi)置鎖

每個(gè)Java對象都可以用作一個(gè)同步鎖，這些鎖被稱為內(nèi)置鎖 或 監(jiān)視器鎖。線程在進(jìn)入同步代碼塊時(shí)會自動獲得鎖，并在退出同步代碼塊時(shí)自動釋放鎖（無論是正常退出還是異常退出）。

Java的內(nèi)置鎖是互斥鎖，也就是說同時(shí)只有一個(gè)線程能擁有這個(gè)鎖。

重入

當(dāng)線程A請求線程B持有的鎖的時(shí)候，線程A發(fā)出的請求會被阻塞。但是，當(dāng)線程A請求自己持有的鎖的時(shí)候，這個(gè)請求并不會被阻塞，這種形象就是鎖的“重入”。內(nèi)置鎖是可以重入的。這也意味著獲取鎖的操作是 線程級別的，而不是 調(diào)用級別的。

利用重入的特性，我們可以為每個(gè)鎖關(guān)聯(lián)一個(gè)計(jì)數(shù)器(counter)，當(dāng)鎖沒有被任何線程持有時(shí)counter=0。當(dāng)有線程請求獲取鎖時(shí)，JVM記錄下鎖的持有者線程，并將counter=1。如果同一個(gè)線程再次來獲取鎖，counter再遞增1。而當(dāng)線程退出同步代碼塊時(shí)，counter相應(yīng)的遞減。當(dāng)counter=0時(shí)，這個(gè)鎖將被釋放。

鎖的重入避免了一部分死鎖行為，并提升了加鎖行為的封裝性,如下所示：

public class Drawer {
    public synchronized void doanything() {
        System.out.println("Drawer do anything...");
    }
}

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public class SmallDrawer extends Drawer {

    @Override
    public synchronized void doanything() {
        System.out.println("Samll Drawer do anything");
        super.doanything();
    }
}

這里子類的調(diào)用并不會產(chǎn)生死鎖。（鎖的重入）

可見性

當(dāng)一個(gè)線程修改了對象的狀態(tài)后，其他線程能夠看到發(fā)生的狀態(tài)變化。為了確保這一特性，我們通常需要使用同步

重排序

public class NoVisibility {
    private static boolean ready;
    private static int number;

    private static class ReaderThrad extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            while (!ready) {
                System.out.println("yield");
                Thread.yield();
            }
            System.out.println("number = " + number);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new ReaderThrad().start();
        number = 12;
        ready = true;
    }
}

這段程序可能會持續(xù)循環(huán)下去，因?yàn)樽x線程可能永遠(yuǎn)看不到ready的值。也可能輸出0，因?yàn)槌绦蚩赡芸吹搅藢懭氲膔eady值，卻沒有看到之后寫入number的值。

在沒有同步的情況下，編譯器、處理器以及運(yùn)行時(shí)等都可能對操作的執(zhí)行順序進(jìn)行一些意想不到的調(diào)整。

在這里，當(dāng)主線程首先寫入number，然后在沒有同步的情況下寫入ready，那么讀線程看到的順序可能與寫入的順序相反。

加鎖與可見性

內(nèi)置鎖可以用于確保某個(gè)線程以一種可預(yù)測的方式來查看另一個(gè)線程的執(zhí)行結(jié)果。例如，當(dāng)A線程執(zhí)行某個(gè)同步代碼塊時(shí)，線程B隨后進(jìn)入由同一個(gè)線程鎖保護(hù)的的同步代碼塊，在這種情況下可以保證，在鎖被釋放之前，A看到的變量值在B獲得鎖后同樣可以由B看到。這也就確保了某個(gè)線程寫入該變量的值dui yu對于其他線程來說是可見的。

Volatile變量

Volatile變量事Java提供的一種弱的同步機(jī)制，用于確保將變量的更新操作通知到其他線程。

把變量聲明成Volatile類型后，編譯器與運(yùn)行時(shí)都會注意到這個(gè)變量是共享的，因此不會將該變量上的操作與其他內(nèi)存操作重排序。也不會被緩存在寄存器或者對其他線程不可見的地方。

訪問Volatile變量時(shí)不會執(zhí)行加鎖操作，因此也不會執(zhí)行線程阻塞，因此它是一種比sychronized關(guān)鍵字更輕量級的同步機(jī)制。

Volatile變量的可見性 當(dāng)線程A首先寫入一個(gè)volatile變量并且線程B隨后讀取該變量時(shí)，在寫入變量之前對A可見的變量，在B讀取到變量時(shí)，對B也是可見的。因此從內(nèi)存的角度來看，寫入volatile變量相當(dāng)于退出同步代碼塊，而讀取volatile變量相當(dāng)于進(jìn)入同步代碼塊。

發(fā)布與逸出

“發(fā)布”一個(gè)對象指的是使對象能夠在當(dāng)前作用域之外的代碼中使用。（例如：將一個(gè)指向該對象的引用保存到其他代碼可訪問的地方，或者一個(gè)非私有的方法中返回該對象的引用）

“逸出”指的是對象在構(gòu)造完成之前就發(fā)布了該對象，就會破壞線程安全性，發(fā)布了不該發(fā)布的對象。

線程封閉

當(dāng)訪問共享的可變數(shù)據(jù)時(shí)，通常需要使用同步。一種避免使用同步的方式就是不共享數(shù)據(jù)。如果僅在單線程內(nèi)部訪問數(shù)據(jù)，就不需要同步。

維持線程封閉的一種規(guī)范方法是使用ThreadLocal，這個(gè)類可以使線程中的某個(gè)值與保存值的對象關(guān)聯(lián)起來。

public class ThreadLocalThread {
    /**
     * 該類在此代表了一些資源
     */
    static class ConnectionSource {
        

        public ConnectionSource() {

        }
        
    }

    private static ThreadLocal<ConnectionSource> connectionHolder = new ThreadLocal<ConnectionSource>(){
        @Override
        protected ConnectionSource initialValue() {
            return new ConnectionSource();
        }
    };
    
    public static ConnectionSource getConnection() {
        return connectionHolder.get();
    }
}

當(dāng)某個(gè)線程初次調(diào)用ThreadLocal.get()方法時(shí)，就會調(diào)用initValue()來獲取初始值，從概念上可以將ThreaLocal<T>看成是Map<Thread, T>，其中保存了該線程中特有的的值。不過，ThreadLocal并非簡單的Map，保存在Thread中的特定值，在線程終止時(shí)，會被回收。