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資訊專欄INFORMATION COLUMN

【Java并發(fā)】線程安全性

劉玉平 / 2263人閱讀

摘要：另一個(gè)是使用鎖的機(jī)制來處理線程之間的原子性。依賴于去實(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)，都是同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程對(duì)其進(jìn)行操作的。

線程安全性

定義：當(dāng)多個(gè)線程訪問某個(gè)類時(shí)，不管運(yùn)行時(shí)環(huán)境采用何種調(diào)度方式或者這些線程將如何交替執(zhí)行，并且在主調(diào)代碼中不需要任何額外的同步或協(xié)同，這個(gè)類都能表現(xiàn)出正確的行為，那么就稱這個(gè)類是線程安全的。

線程安全性主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：原子性、可見性、有序性：

原子性：提供了互斥訪問，同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程來對(duì)它進(jìn)行操作

可見性：一個(gè)線程對(duì)主內(nèi)存的修改可以及時(shí)地被其他線程觀察到

有序性：一個(gè)線程觀察其他線程中的指令執(zhí)行順序，由于指令重排序的存在，該觀察結(jié)果一般雜亂無序

原子性

原子性在 JDK 中主要由兩個(gè)方面體現(xiàn)出來：

Atomic

一個(gè)是 JDK 中已經(jīng)提供好的 Atomic 包，它們均使用了 CAS 完成線程的原子性操作（詳見【Java并發(fā)】淺析 AtomicLong & LongAdder）。

另一個(gè)是使用鎖的機(jī)制來處理線程之間的原子性。鎖主要包括：synchronized、lock。

synchronized

依賴于 JVM 去實(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)，都是同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程對(duì)其進(jìn)行操作的。synchronized 是 Java 中的一個(gè)關(guān)鍵字，是一種同步鎖。它可以修飾的對(duì)象主要有四種：

修飾代碼塊：大括號(hào)括起來的代碼，作用于調(diào)用的對(duì)象

修飾方法：整個(gè)方法，作用于調(diào)用的對(duì)象

修飾靜態(tài)方法：整個(gè)靜態(tài)方法，作用于所有對(duì)象

修飾類：括號(hào)括起來的部分，作用于所有對(duì)象 

注意：如果當(dāng)前類是一個(gè)父類，子類調(diào)用父類的被 synchronized 修飾的方法，不會(huì)攜帶 synchronized 屬性，因?yàn)?synchronized 不屬于方法聲明的一部分。
Lock

首先要說明的就是 Lock，通過查看 Lock 的源碼可知，Lock 是一個(gè)接口。ReentrantLock 是唯一實(shí)現(xiàn)了 Lock 接口的類，意思是“可重入鎖”，并且 ReentrantLock 提供了更多的方法。

public interface Lock {
    void lock();
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    boolean tryLock();
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    void unlock();
    Condition newCondition();
}
鎖的分類





可重入鎖



synchronized / ReentrantLock







可中斷鎖



synchronized 不可中斷，Lock 可中斷






公平鎖




synchronized 非公平鎖



ReentrantLock 和 ReentrantReadWriteLock 默認(rèn)情況下非公平鎖，可設(shè)置為公平鎖







讀寫鎖



ReadWriteLock / ReentrantReadWriteLock
可見性

導(dǎo)致共享變量在線程間不可見的原因：

線程交叉執(zhí)行

重排序結(jié)合線程交叉執(zhí)行

共享變量更新后的值沒有在工作內(nèi)存與主存間及時(shí)更新

JVM 對(duì)于可見性，提供了 synchronized 和 volatile：

synchronized

JMM 關(guān)于 synchronized 的兩條規(guī)定：

線程解鎖前，必須把共享變量的最新值刷新到主內(nèi)存

線程加鎖時(shí)，將清空工作內(nèi)存中共享變量的值，從而使用共享變量時(shí)需要從主內(nèi)存中重新讀取最新的值（注意：加鎖與解鎖是同一把鎖）

volatile

volatile 的方式是：通過加入內(nèi)存屏障和禁止重排序優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)。

對(duì) volatile 變量寫操作時(shí)，會(huì)在寫操作后加入一條 store 屏障指令，將本地內(nèi)存中的共享變量值刷新到主內(nèi)存。

對(duì) volatile 變量讀操作時(shí)，會(huì)在讀操作前加入一條 load 屏障指令，從主內(nèi)存中讀取共享變量。

volatile的屏障操作都是 cpu 級(jí)別的；適合狀態(tài)驗(yàn)證，不適合累加值，volatile關(guān)鍵字不具有原子性。

適合狀態(tài)驗(yàn)證，不適合累加值，volatile關(guān)鍵字不具有原子性

有序性

Java 內(nèi)存模型中，允許編譯器和處理器對(duì)指令進(jìn)行重排序，但是重排序過程不會(huì)影響到單線程程序的執(zhí)行，卻會(huì)影響到多線程并發(fā)執(zhí)行的正確性。而 Java 提供了 volatile、synchronized、Lock，它們可以用來保證有序性。

另外，Java 內(nèi)存模型具備一些先天的有序性，即不需要任何手段就能得到保證的有序性。通常被我們稱為happens-before 原則（先行發(fā)生原則）。如果兩個(gè)線程的執(zhí)行順序無法從 happens-before 原則推導(dǎo)出來，那么就不能保證它們的有序性，虛擬機(jī)就可以對(duì)它們進(jìn)行重排序。

【以下規(guī)則摘抄自《深入理解Java虛擬機(jī)》】



程序次序規(guī)則：一個(gè)線程內(nèi)，按照代碼順序，書寫在前面的操作先行發(fā)生于書寫在后面的操作


鎖定規(guī)則：一個(gè)unlock操作先行發(fā)生于后面對(duì)同一個(gè)鎖的lock操作


volatile變量規(guī)則：對(duì)一個(gè)變量的寫操作先行發(fā)生于后面對(duì)這個(gè)變量的讀操作（重要）


傳遞規(guī)則：如果操作A先行發(fā)生于操作B，而操作B又先行發(fā)生于操作C，則可以得出操作A先行發(fā)生于操作C


線程啟動(dòng)規(guī)則：Thread對(duì)象的start()方法先行發(fā)生于此線程的每一個(gè)動(dòng)作


線程中斷規(guī)則：對(duì)線程interrupt()方法的調(diào)用先行發(fā)生于被中斷線程的代碼檢測(cè)到中斷事件的發(fā)生


線程終結(jié)規(guī)則：線程中所有的操作都先行發(fā)生于線程的終止檢測(cè)，我們可以通過Thread.join()方法結(jié)束、Thread.isAlive()的返回值手段檢測(cè)到線程已經(jīng)終止執(zhí)行
思維導(dǎo)圖 

筆記整理自：【IMOOC】Java并發(fā)編程與高并發(fā)解決方案

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