多线程之线程安全问题

简介: 多线程之线程安全问题

1.线程安全示例

class Count{
    int a = 0;
    public void add(){
        a++;
    }
}
public class ThreadDemo8 {
    public static void main(String[] args) {
        Count count = new Count();
        Thread t1 = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 5_0000; i++) {
                count.add();
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 5_0000; i++) {
                count.add();
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
        try {
            t1.join();
            t2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(count.a);
    }
}

对于变量a是希望通过两个for循环自增到100000,但是运行结果达不到预期:


每一次的运行结果都是不稳定的,这就是多线程到来的问题。对上述问题进行图解(load、add、save):

对于自增操作,本质上要分为三步:

1.先把内存中的值,读取到CPU的寄存器中(load)

2.把 CPU寄存器里的数值进行+1运算(add)

3.把得到的结果写会到内存中(save)

如果是两个线程并发的执行count++,此时就相当于两组load add save进行执行.此时不同的线程调度顺序就可能会产生一些结果上的差异。




2.原因分析

线程安全问题的原因有如下:

1.根本原因:线程都是抢占式执行的,随机调度的。

2.代码结构原因:多个线程同时修改同一个变量。在有些时候,是可以通过调整代码结构来避免的。一个线程修改一个变量是没问题的,多个线程读取同一个变量也是没有问题的,多个线程修改不同的变量也是没问题的。

3.原子性:如果修改操作是原子性的,就可以避免了,比如把上述的load、add和save包装成一个整体就是ok的。针对线程安全问题,最主要的解决手段也是从原子性这个方面进行入手的。

4.内存可见性问题:如果一个线程读,一个线程修改,那么此时读取的结果可能不如预期值。

5.指令重排序:本质上是编译器优化出bug了,编译器有些时候会保证在代码逻辑不变的情况下对代码进行调整,那么有可能会把代码的执行顺序给调整了,很可能会带来问题。

3.如何解决?

用synchronized进行加锁:


进了方法就会加锁,出了方法就会解锁。如果是多个线程同时都在尝试加锁,那么最终只会有一个线程加锁成功,其他线程只能阻塞等待(BLOCKED)。加锁的本质就是把并发变成串行。加锁之后的运行结果:


4.关于synchronized的用法

1.修饰方法

修饰方法包括了修饰修饰普通方法和修饰静态方法,这两者的加锁对象是不同的。修饰普通方法,锁对象就是this;修饰静态方法,锁对象就是类对象(Count1.class)。

2.修饰代码块

修饰代码块就是手动指定锁对象。

总之,在加锁前,我们要明确执行对哪个对象加锁,如果多个线程针对同一个对象加锁,会产生阻塞等待(锁竞争/锁冲突);如果多个线程针对不同对象加锁,不会阻塞等待(不会锁冲突/锁竞争)。


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