【Java并發】線程安全性

劉玉平發布于2019-08-16 15:08 / 2253人閱讀

摘要：另一個是使用鎖的機制來處理線程之間的原子性。依賴于去實現鎖，因此在這個關鍵字作用對象的作用范圍內，都是同一時刻只能有一個線程對其進行操作的。

線程安全性

定義：當多個線程訪問某個類時，不管運行時環境采用何種調度方式或者這些線程將如何交替執行，并且在主調代碼中不需要任何額外的同步或協同，這個類都能表現出正確的行為，那么就稱這個類是線程安全的。

線程安全性主要體現在三個方面：原子性、可見性、有序性：

原子性：提供了互斥訪問，同一時刻只能有一個線程來對它進行操作

可見性：一個線程對主內存的修改可以及時地被其他線程觀察到

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

原子性

原子性在 JDK 中主要由兩個方面體現出來：

Atomic

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

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

synchronized

依賴于 JVM 去實現鎖，因此在這個關鍵字作用對象的作用范圍內，都是同一時刻只能有一個線程對其進行操作的。synchronized 是 Java 中的一個關鍵字，是一種同步鎖。它可以修飾的對象主要有四種：

修飾代碼塊：大括號括起來的代碼，作用于調用的對象

修飾方法：整個方法，作用于調用的對象

修飾靜態方法：整個靜態方法，作用于所有對象

修飾類：括號括起來的部分，作用于所有對象

注意：如果當前類是一個父類，子類調用父類的被 synchronized 修飾的方法，不會攜帶 synchronized 屬性，因為 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 是一個接口。ReentrantLock 是唯一實現了 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 默認情況下非公平鎖，可設置為公平鎖

讀寫鎖

ReadWriteLock / ReentrantReadWriteLock

可見性

導致共享變量在線程間不可見的原因：

線程交叉執行

重排序結合線程交叉執行

共享變量更新后的值沒有在工作內存與主存間及時更新

JVM 對于可見性，提供了 synchronized 和 volatile：

synchronized

JMM 關于 synchronized 的兩條規定：

線程解鎖前，必須把共享變量的最新值刷新到主內存

線程加鎖時，將清空工作內存中共享變量的值，從而使用共享變量時需要從主內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：通過加入內存屏障和禁止重排序優化來實現。

對 volatile 變量寫操作時，會在寫操作后加入一條 store 屏障指令，將本地內存中的共享變量值刷新到主內存。

對 volatile 變量讀操作時，會在讀操作前加入一條 load 屏障指令，從主內存中讀取共享變量。

volatile的屏障操作都是 cpu 級別的；適合狀態驗證，不適合累加值，volatile關鍵字不具有原子性。

適合狀態驗證，不適合累加值，volatile關鍵字不具有原子性

有序性

Java 內存模型中，允許編譯器和處理器對指令進行重排序，但是重排序過程不會影響到單線程程序的執行，卻會影響到多線程并發執行的正確性。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（先行發生原則）。如果兩個線程的執行順序無法從 happens-before 原則推導出來，那么就不能保證它們的有序性，虛擬機就可以對它們進行重排序。

【以下規則摘抄自《深入理解Java虛擬機》】

程序次序規則：一個線程內，按照代碼順序，書寫在前面的操作先行發生于書寫在后面的操作

鎖定規則：一個unlock操作先行發生于后面對同一個鎖的lock操作

volatile變量規則：對一個變量的寫操作先行發生于后面對這個變量的讀操作（重要）

傳遞規則：如果操作A先行發生于操作B，而操作B又先行發生于操作C，則可以得出操作A先行發生于操作C

線程啟動規則：Thread對象的start()方法先行發生于此線程的每一個動作

線程中斷規則：對線程interrupt()方法的調用先行發生于被中斷線程的代碼檢測到中斷事件的發生

線程終結規則：線程中所有的操作都先行發生于線程的終止檢測，我們可以通過Thread.join()方法結束、Thread.isAlive()的返回值手段檢測到線程已經終止執行

思維導圖

筆記整理自：【IMOOC】Java并發編程與高并發解決方案

GPU云服務器云服務器 java多線程并發 java線程并發運行 java線程并發解決 java線程并發例子

文章版權歸作者所有，未經允許請勿轉載,若此文章存在違規行為，您可以聯系管理員刪除。

轉載請注明本文地址：http://specialneedsforspecialkids.com/yun/73294.html

第10章：并發和分布式編程 10.1并發性和線程安全性

摘要：并發模塊本身有兩種不同的類型進程和線程，兩個基本的執行單元。調用以啟動新線程。在大多數系統中，時間片發生不可預知的和非確定性的，這意味著線程可能隨時暫停或恢復。大綱什么是并發編程？進程，線程和時間片交織和競爭條件線程安全策略1：監禁策略2：不可變性策略3：使用線程安全數據類型策略4：鎖定和同步如何做安全論證總結什么是并發編程？并發并發性：多個計算同時發生。在現代...

instein 2019-08-16 12:34 評論0 收藏0
[Java并發-11] 并發容器的使用

摘要：同步容器及其注意事項中的容器主要可以分為四個大類，分別是和，但并不是所有的容器都是線程安全的。并發容器及其注意事項在版本之前所謂的線程安全的容器，主要指的就是同步容器，當然因為所有方法都用來保證互斥，串行度太高了，性能太差了。 Java 并發包有很大一部分內容都是關于并發容器的，因此學習和搞懂這部分的內容很有必要。 Java 1.5 之前提供的同步容器雖然也能保證線程安全，但是性能很差...

legendaryedu 2019-08-16 17:39 評論0 收藏0
線程安全

摘要：不可變在中，不可變的對象一定是線程安全的。在里標注自己是線程安全的類，大多都不是絕對線程安全，比如某些情況下類在調用端也需要額外的同步措施。無同步方案要保證線程安全，不一定就得需要數據的同步，兩者沒有因果關系。在之前學習編程的時候，有一個概念根深蒂固，即程序=算法+數據結構。數據代表問題空間中的客體，代碼就用來處理這些數據，這種思維是站在計算機的角度去抽象問題和解決問題，稱之為面向過...

fuyi501 2019-08-16 10:55 評論0 收藏0
Java并發編程筆記（二）

摘要：本文探討并發中的其它問題線程安全可見性活躍性等等。當閉鎖到達結束狀態時，門打開并允許所有線程通過。在從返回時被叫醒時，線程被放入鎖池，與其他線程競爭重新獲得鎖。本文探討Java并發中的其它問題：線程安全、可見性、活躍性等等。在行文之前，我想先推薦以下兩份資料，質量很高：極客學院-Java并發編程讀書筆記-《Java并發編程實戰》線程安全《Java并發編程實戰》中提到了太多的術語...

NickZhou 2019-08-15 14:19 評論0 收藏0
出場率比較高的一道多線程安全面試題

摘要：程序正常運行，輸出了預期容量的大小這是正常運行結果，未發生多線程安全問題，但這是不確定性的，不是每次都會達到正常預期的。另外，像等都有類似多線程安全問題，在多線程并發環境下避免使用這種集合。這個問題是 Java 程序員面試經常會遇到的吧。工作一兩年的應該都知道 ArrayList 是線程不安全的，要使用線程安全的就使用 Vector，這也是各種 Java 面試寶典里面所提及的，可能...

xiyang 2019-08-16 12:43 評論0 收藏0