摘要：什么時候會出現線程不安全操作并非原子。只有單個組件，且它是線程安全的。這種情況下，就是的線程安全實際是委托給了整個表現出了線程安全。

當多個線程去訪問某個類時，如果類會表現出我們預期出現的行為，那么可以稱這個類是線程安全的。

操作并非原子。多個線程執行某段代碼，如果這段代碼產生的結果受不同線程之間的執行時序影響，而產生非預期的結果，即發生了競態條件，就會出現線程不安全;

常見場景：


count++。它本身包含三個操作，讀取、修改、寫入，多線程時，由于線程執行的時序不同，有可能導致兩個線程執行后count只加了1，而原有的目標確實希望每次執行都加1；
單例。多個線程可能同時執行到instance == null成立，然后新建了兩個對象，而原有目標是希望這個對象永遠只有一個；

public MyObj getInstance(){
   if (instance == null){
       instance = new MyObj();
   }
   return instance
}
解決方式是：當前線程在操作這段代碼時，其它線程不能對進行操作  
常見方案：

單個狀態使用 java.util.concurrent.atomic包中的一些原子變量類，注意如果是多個狀態就算每個操作是原子的，復合使用的時候并不是原子的；
加鎖。比如使用 synchronized 包圍對應代碼塊，保證多線程之間是互斥的，注意應盡可能的只包含在需要作為原子處理的代碼塊上；

synchronized的可重入性
當線程要去獲取它自己已經持有的鎖是會成功的，這樣的鎖是可重入的，synchronized是可重入的
class Paxi {
   public synchronized  void sayHello(){
       System.out.println("hello");
   }
}

class  MyClass extends Paxi{
   public synchronized void  dosomething(){
       System.out.println("do thing ..");
       super.sayHello();
       System.out.println("over");
   }
}
它的輸出為
do thing ..
hello
over

修改不可見。讀線程無法感知到其它線程寫入的值

常見場景：

重排序。在沒有同步的情況下，編譯器、處理器以及運行時等都有可能對操作的執行順序進行調整，即寫的代碼順序和真正的執行順序不一樣,導致讀到的是一個失效的值
讀取long、double等類型的變量。JVM允許將一個64位的操作分解成兩個32位的操作，讀寫在不同的線程中時，可能讀到錯誤的高低位組合

常見方案：

加鎖。所有線程都能看到共享變量的最新值；
使用Volatile關鍵字聲明變量。只要對這個變量產生了寫操作，那么所有的讀操作都會看到這個修改;

注意：Volatile并不能保證操作的原子性，比如count++操作同樣有風險，它僅保證讀取時返回最新的值。使用的好處在于訪問Volatile變量并不會執行加鎖操作，也就不會阻塞線程。

線程封閉。即僅在單線程內訪問數據，線程封閉技術有以下幾種：

Ad-hoc線程封閉。即靠自己寫程序來實現，比如保證程序只在單線程上對volatile進行 讀取-修改-寫入

棧封閉。所有的操作都反生執行線程的棧中，比如在方法中的一個局部變量

ThreadLocal類。內部維護了每個線程和變量的一個獨立副本

只讀共享。即使用不可變的對象。

使用final去修飾字段，這樣這個字段的“值”是不可改變的

注意final如果修飾的是一個對象引用，比如set,它本身包含的值是可變的

創建一個不可變的類，來包含多個可變的數據。

class OneValue{
   //創建不可變對象，創建之后無法修改，事實上這里也沒有提供修改的方法
    private final BigInteger  last;
    private final BigInteger[] lastfactor;
    public OneValue(BigInteger  i,BigInteger[] lastfactor){
       this.last=i;
       this.lastfactor=Arrays.copy(lastfactor,lastfactor.length);
    }
   public BigInteger[] getF(BigInteger  i){
        if(last==null || !last.equals(i)){
            return null;
        }else{
            return Arrays.copy(lastfactor,lastfactor.length)
        }
   }
}
class MyService {
   //volatile使得cache一經更改，就能被所有線程感知到
   private volatile OneValue cache=new OneValue(null,null); 
   public void handle(BigInteger i){
       BigInteger[] lastfactor=cache.getF(i);
       if(lastfactor==null){
          lastfactor=factor(i);
          //每次都封裝最新的值
          cache=new OneValue(i,lastfactor)
       }
       nextHandle(lastfactor)
   }
}

實例封閉。將一個對象封裝到另一個對象中，這樣能夠訪問被封裝對象的所有代碼路徑都是已知的，通過合適的加鎖策略可以確保被封裝對象的訪問是線程安全的。

java中的Collections.synchronizedList使用的原理就是這樣。部分代碼為
  public static  List synchronizedList(List list) {
           return (list instanceof RandomAccess ?
                   new SynchronizedRandomAccessList<>(list) :
                   new SynchronizedList<>(list));
       }

SynchronizedList的實現,注意此處用到的mutex是內置鎖

       static class SynchronizedList
           extends SynchronizedCollection
           implements List {
           private static final long serialVersionUID = -7754090372962971524L;
   
           final List list;
          public E get(int index) {
               synchronized (mutex) {return list.get(index);}
           }
           public E set(int index, E element) {
               synchronized (mutex) {return list.set(index, element);}
           }
           public void add(int index, E element) {
               synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
           }
           public E remove(int index) {
               synchronized (mutex) {return list.remove(index);}
           }
       }

mutex的實現

static class SynchronizedCollection implements Collection, >Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 3053995032091335093L;
    final Collection c;  // Backing Collection
    final Object mutex;     // Object on which to synchronize
    SynchronizedCollection(Collection c) {
        if (c==null)
        throw new NullPointerException();
        this.c = c;
        mutex = this; // mutex實際上就是對象本身
        }

把線程安全性委托給線程安全的類

java的監視器模式，將對象所有可變狀態都封裝起來，并由對象自己的內置鎖來保護,即是一種實例封閉。比如HashTable就是運用的監視器模式。它的get操作就是用的synchronized，內置鎖，來實現的線程安全

public synchronized V get(Object key) {
    Entry tab[] = table;
    int hash = hash(key);
    int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    for (Entry e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
        if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
            return e.value;
        }
    }
    return null;
}

內置鎖
每個對象都有內置鎖。內置鎖也稱為監視器鎖。或者可以簡稱為監視器
線程執行一個對象的用synchronized修飾的方法時，會自動的獲取這個對象的內置鎖，方法返回時自動釋放內置鎖，執行過程中就算拋出異常也會自動釋放。
以下兩種寫法等效:

synchronized void myMethdo(){
    //do something
}
void myMethdo(){ 
    synchronized(this){
    //do somthding
    } 
    
}

> [官方文檔](https://docs.oracle.com/javase/tutorial/essential/concurrency/locksync.html)

私有鎖

public class PrivateLock{
    private Object mylock = new Object(); //私有鎖
    void myMethod(){
        synchronized(mylock){
            //do something
        }
    }
}

它也可以用來保護對象，相對內置鎖，優勢在于私有鎖可以有多個，同時可以讓客戶端代碼顯示的獲取私有鎖

類鎖
在staic方法上修飾的，一個類的所有對象共用一把鎖

視情況而定。

只有單個組件，且它是線程安全的。

public class DVT{
    private final ConcurrentMap locations;
    private final Map unmodifiableMap;
        
    public DVT(Map points){
        locations=new ConcurrentHashMap(points);
        unmodifiableMap=Collections.unmodifiableMap(locations);
        }
        
    public Map getLocations(){
        return unmodifiableMap;
        }
        
    public Point getLocation(String id){
        return locations.get(id);
        }
        
    public void setLocation(String id,int x,int y){
        if(locations.replace(id,new Point(x,y))==null){
            throw new IllegalArgumentException("invalid "+id);
            }
        }
        
    }
    
    public class Point{
        public final int x,y;
        public Point(int x,int y){
            this.x=x;
            this.y=y;
        }
    }

線程安全性分析

Point類本身是無法更改的，所以它是線程安全的，DVT返回的Point方法也是線程安全的

DVT的方法getLocations返回的對象是不可修改的，是線程安全的

setLocation實際操作的是ConcurrentHashMap它也是線程安全的

綜上，DVT的安全交給了‘locations’，它本身是線程安全的，DVT本身雖沒有任何顯示的同步，也是線程安全。這種情況下，就是DVT的線程安全實際是委托給了‘locations’,整個DVT表現出了線程安全。

    

線程安全性委托給了多個狀態變量

只要多個狀態變量之間彼此獨立，組合的類并不會在其包含的多個狀態變量上增加不變性。依賴的增加則無法保證線程安全

public class NumberRange{
private final AtomicInteger lower = new AtomicInteger(0);
private final AtomicInteger upper = new AtomicInteger(0);
    
    public void setLower(int i){
    //先檢查后執行，存在隱患
    if (i>upper.get(i)){
        throw new IllegalArgumentException("can not ..");
        }
        lower.set(i);
            
        }
            
    public void setUpper(int i){
    //先檢查后執行，存在隱患
        if(i
    
setLower和setUpper都是‘先檢查后執行’的操作，但是沒有足夠的加鎖機制保證操作的原子性。假設原始范圍是(0,10),一個線程調用 setLower(5),一個設置setUpper(4)錯誤的執行時序將可能導致結果為(5,4)  

如何對現有的線程安全類進行擴展？
假設需要擴展的功能為 ‘沒有就添加’。

直接修改原有的代碼。但通常沒有辦法修改源代碼
繼承。繼承原有的代碼，添加新的功能。但是同步策略保存在兩份文件中，如果底層同步策略變更，很容易出問題

組合。將類放入一個輔助類中，通過輔助類的操作代碼。
比如擴展 Collections.synchronizedList。期間需要注意鎖的機制，錯誤方式為
    public class ListHelper{
        public List list=Collections.synchronizedList(new ArrayList());
        ...
        public synchronized boolean putIfAbsent(E x){
            boolean absent = !list.contains(x);
            if(absent){
               list.add(x);
            }
            return absent;
        }
    }
這里的putIfAbsent并不能帶來線程安全，原因是list的內置鎖并不是ListHelper,也就是putIfAbsent相對list的其它方法并不是原子的。Collections.synchronizedList是鎖在list本身的，正確方式為
public  boolean putIfAbsent(E x){
    synchronized(list){
        boolean absent = !list.contains(x);
        if(absent){
            list.add(x);
        }
        return absent;
    }
}
另外可以不管要操作的類是否是線程安全，對類統一添加一層額外的鎖。   實現參考Collections.synchronizedList方法