线程的安全性 - 并发基础篇

简介

当多个线程访问某个类时,这个类始终都能表现出正确的行为,那么就说这个类是线程安全的。

目录

这次分三步走:关于相关知识点,放在文末的脑图里了,大家想看结论的,可直接下拉观看哦。

1.创建一个线程安全的类
2.创建一个线程不安全的类:有一个状态变量
3.创建一个线程不安全的类:有多个状态变量

正文

线程的安全性主要是针对对象的状态(实例属性或静态属性)而言的,如果在多线程中,访问到的对象状态不一致(比如常见的自增属性),那么就是线程不安全的

下面我们一步步来

先来个无状态类

第一步:无状态类

这里我们写一个简单的线程安全类,简单到什么地步呢?如下所示

public class SafeDemo {

    public int sum(int n, int m){
        return n + m;
    }
}

就是这么简单,我们说这个类是线程安全的。

为啥安全呢?

因为这个类没有状态,即无状态类;

只有局部变量n,m,而这些局部变量是存在于栈中的,栈是每个线程独有的,不跟其他线程共享,堆才共享

所以每个线程操作sum时,对应的n,m只有自己可见,当然就安全了

好了,通过上面的例子,我们知道了什么是线程安全类,那本节的内容就到此结束了,再见。

在这里插入图片描述

上面的例子,我们举了一个无状态类,接下来我们添加一个状态试试

第二步:加一个状态变量

加一个状态变量(静态属性),代码如下

public class UnSafeDemo {

    static int a = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
				// 线程1
        new Thread(()-> {
            for(int j=0;j<100000;j++){
                a++;
            }
          
        }).start();
				// 线程2
        new Thread(()-> {
            for(int j=0;j<100000;j++){
                a++;
            }
        }).start();
				
        Thread.sleep(3000);
      	// 这里不是每次运行都会输出200,000
        System.out.println(a);
    }
}

上面我们创建了两个线程,每个线程都执行10万次的自增操作

但是因为自增不是原子操作,实际分三步:读-改-写

此时如果两个线程同时读到相同的值,则累加次数就会少一次

这种在并发编程中,由于不恰当的执行时序而出现不正确的结果的情况,叫做竞态条件

如下图所示:

期望的是正常执行,每个线程交替执行

在这里插入图片描述

结果却有可能是不正常的,如下

在这里插入图片描述

这时我们就可以说,上面加的这个状态是不安全的,结果就是整个类也是不安全的。

不安全的状态有二:

  1. 可变状态(变量):非final修饰的变量
  2. 共享状态(变量):非局部变量

像上面这个例子,状态就同时属于可变状态和共享状态。

那要怎么确保安全:

  1. 同步:synchronized、volatile、显式锁、原子变量(比如AtomicInteger)
  2. 不可变变量:final(都不能改了,当然安全了)
  3. 不共享变量:不在多线程中共享变量(即局部变量)

PS:代码的封装性越好,访问可变变量的代码块越少,越容易确保线程安全

这里的自增我们就可以用同步中的原子变量来解决。

关于原子变量的细节,后面章节再介绍,这里只需要知道,原子变量内部的操作是原子操作就可以了

修改后的代码如下:

public class SafeDemo {
    static final AtomicInteger a = new AtomicInteger(0);
//    static int a = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
				// 线程1
        new Thread(()-> {
            for(int j=0;j<100000;j++){
              	// 这里的自增是原子操作
                a.incrementAndGet();
            }
        }).start();
				// 线程2
        new Thread(()-> {
            for(int j=0;j<100000;j++){
              // 这里的自增是原子操作
                a.incrementAndGet();
            }
        }).start();

        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(a.get());
    }
}

可以看到,加了AtomicInteger.incrementAndGet()方法,这个方法是原子操作

这时,不管怎么运行,都是输出200,000

第三步:加多个状态变量

上面我们加了一个状态变量,可以用原子变量来保证线程安全

那如果是多个状态变量呢?此时就算用了原子变量也不行了

因为原子变量只是保证它内部是原子操作,但是当多个原子变量放到一起组合操作时,他们之间又存在竞态条件了,就又不是原子操作了

竞态条件:并发编程中,由于不恰当的执行时序而出现不正确的结果的情况,就是竞态条件(重复陈述ing,加深记忆)

代码如下:

public class UnSafeDemo2 {
    static final AtomicInteger a = new AtomicInteger(0);
    static final AtomicInteger b = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        new Thread(()-> {
            for(int j=0;j<10000;j++){
                a.incrementAndGet();
                b.incrementAndGet();
                if(a.get()!=b.get()){
                    // 理想状态的话,不会运行到这里,因为a和b是一起自增的
                    // 但是大部分时候都是不正常的,因为a和b各自是原子操作,但是放到一起就不是原子操作了
                    System.out.println(1);
                }
            }
        }).start();

        new Thread(()-> {
            for(int j=0;j<10000;j++){
                a.incrementAndGet();
                b.incrementAndGet();
                if(a.get()!=b.get()){
                    // 理想状态的话,不会运行到这里,因为a和b是一起自增的
                    // 但是大部分时候都是不正常的,因为a和b各自是原子操作,但是放到一起就不是原子操作了
                    System.out.println(2);
                }
            }
        }).start();
    }
}

上面多次运行,会发现基本上每次都会打印1和2,就是因为这两个线程之间存在竞态条件

那怎么解决呢?

上锁

代码如下:

public class UnSafeDemo2 {
    static final AtomicInteger a = new AtomicInteger(0);
    static final AtomicInteger b = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 单独创建一个对象,用来充当锁
        UnSafeDemo2 unSafeDemo2 = new UnSafeDemo2();
        new Thread(()-> {
            for(int j=0;j<10000;j++){
                // 这里加了锁
                synchronized (unSafeDemo2){
                    a.incrementAndGet();
                    b.incrementAndGet();
                    if(a.get()!=b.get()){
                        // 现在肯定是理想状态,不会运行到这里
                        System.out.println(1);
                    }
                }
            }
        }).start();

        new Thread(()-> {
            for(int j=0;j<10000;j++){
                // 这里加了锁
                synchronized (unSafeDemo2){
                    a.incrementAndGet();
                    b.incrementAndGet();
                    if(a.get()!=b.get()){
                        // 现在肯定是理想状态,不会运行到这里
                        System.out.println(2);
                    }
                }
            }
        }).start();
    }
}

这里用到的锁为内置锁,还有很多其他锁,这里就不展开了(后面章节再介绍)

注意:同步代码必须上同一个锁才有用,比如上面的例子,两个线程都是上的unsafeDemo2这个锁
你们可以试一下,一个上unsafeDemo2锁,一个上Object锁,看会输出啥

内置锁也叫监视器锁

特点:

  • 互斥性:即一个线程持有锁,其他线程就要等待锁释放后才可以获取锁

  • 可重入性:如果某个线程尝试去获取一个锁,而这个锁之前就是这个线程所持有的,那么这个线程就可以再次获取到锁

  • 好处:避免了死锁:比如一个子类继承父类的synchronized方法,并显示调用父类的synchronized方法,如果不可重入,那么在子类中获取的锁,调用子类的fun方法是没问题的,但是调用父类的fun方法时,会提示上了锁,从而被阻塞,此时就会死锁(自己持有锁,还有再去获取锁,但是又获取不到)

  • 缺点:跟状态有关的方法都需要上锁:操作麻烦,其实就是类的每个方法都需要上锁,如果后面添加了一个方法,忘记加锁,那还是有安全问题(比如被人们遗弃的Vector)

  • 性能问题:整个方法都上锁,性能很低,尤其是一些耗时操作,比如网络IO这种容易阻塞的操作

解决:

  • 缩小锁的范围
  • 将耗时长的操作(前提是操作与状态无关),放到同步之外的代码块

好了,本章内容就先到这里吧,后面还有太多东西了,慢慢来吧。

总结

在这里插入图片描述

热门文章

暂无图片
编程学习 ·

那些年让我们目瞪口呆的bug

程序员一生与bug奋战&#xff0c;可谓是杀敌无数&#xff0c;见怪不怪了&#xff01;在某知识社交平台中&#xff0c;一个“有哪些让程序员目瞪口呆的bug”的话题引来了6700多万的阅读&#xff0c;可见程序员们对一个话题的敏感度有多高。 1、麻省理工“只能发500英里的邮件” …
暂无图片
编程学习 ·

redis的下载与安装

下载redis wget http://download.redis.io/releases/redis-5.0.0.tar.gz解压redis tar -zxvf redis-5.0.0.tar.gz编译 make安装 make install快链方便进入redis ln -s redis-5.0.0 redis
暂无图片
编程学习 ·

《大话数据结构》第三章学习笔记--线性表(一)

线性表的定义 线性表&#xff1a;零个或多个数据元素的有限序列。 线性表元素的个数n定义为线性表的长度。n为0时&#xff0c;为空表。 在比较复杂的线性表中&#xff0c;一个数据元素可以由若干个数据项组成。 线性表的存储结构 顺序存储结构 可以用C语言中的一维数组来…
暂无图片
编程学习 ·

对象的扩展

文章目录对象的扩展属性的简洁表示法属性名表达式方法的name属性属性的可枚举性和遍历可枚举性属性的遍历super关键字对象的扩展运算符解构赋值扩展运算符AggregateError错误对象对象的扩展 属性的简洁表示法 const foo bar; const baz {foo}; baz // {foo: "bar"…
暂无图片
编程学习 ·

让程序员最头疼的5种编程语言

世界上的编程语言&#xff0c;按照其应用领域&#xff0c;可以粗略地分成三类。 有的语言是多面手&#xff0c;在很多不同的领域都能派上用场。大家学过的编程语言很多都属于这一类&#xff0c;比如说 C&#xff0c;Java&#xff0c; Python。 有的语言专注于某一特定的领域&…
暂无图片
编程学习 ·

写论文注意事项

参考链接 给研究生修改了一篇论文后&#xff0c;该985博导几近崩溃…… 重点分析 摘要与结论几乎重合 这一条是我见过研究生论文中最常出现的事情&#xff0c;很多情况下&#xff0c;他们论文中摘要部分与结论部分重复率超过70%。对于摘要而言&#xff0c;首先要用一小句话引…
暂无图片
编程学习 ·

安卓 串口开发

上图&#xff1a; 上码&#xff1a; 在APP grable添加 // 串口 需要配合在项目build.gradle中的repositories添加 maven {url "https://jitpack.io" }implementation com.github.licheedev.Android-SerialPort-API:serialport:1.0.1implementation com.jakewhart…
暂无图片
编程学习 ·

2021-2027年中国铪市场调研与发展趋势分析报告

2021-2027年中国铪市场调研与发展趋势分析报告 本报告研究中国市场铪的生产、消费及进出口情况&#xff0c;重点关注在中国市场扮演重要角色的全球及本土铪生产商&#xff0c;呈现这些厂商在中国市场的铪销量、收入、价格、毛利率、市场份额等关键指标。此外&#xff0c;针对…
暂无图片
编程学习 ·

Aggressive cows题目翻译

描述&#xff1a; Farmer John has built a new long barn, with N (2 < N < 100,000) stalls.&#xff08;John农民已经新建了一个长畜棚带有N&#xff08;2<N<100000&#xff09;个牛棚&#xff09; The stalls are located along a straight line at positions…
暂无图片
编程学习 ·

剖析组建PMO的6个大坑︱PMO深度实践

随着事业环境因素的不断纷繁演进&#xff0c;项目时代正在悄悄来临。设立项目经理转岗、要求PMP等项目管理证书已是基操&#xff0c;越来越多的组织开始组建PMO团队&#xff0c;大有曾经公司纷纷建造中台的气质&#xff08;当然两者的本质并不相同&#xff0c;只是说明这个趋势…
暂无图片
编程学习 ·

Flowable入门系列文章118 - 进程实例 07

1、获取流程实例的变量 GET运行时/进程实例/ {processInstanceId} /变量/ {变量名} 表1.获取流程实例的变量 - URL参数 参数需要值描述processInstanceId是串将流程实例的id添加到变量中。变量名是串要获取的变量的名称。 表2.获取流程实例的变量 - 响应代码 响应码描述200指…
暂无图片
编程学习 ·

微信每天自动给女[男]朋友发早安和土味情话

微信通知&#xff0c;每天给女朋友发早安、情话、诗句、天气信息等~ 前言 之前逛GitHub的时候发现了一个自动签到的小工具&#xff0c;b站、掘金等都可以&#xff0c;我看了下源码发现也是很简洁&#xff0c;也尝试用了一下&#xff0c;配置也都很简单&#xff0c;主要是他有一…
暂无图片
编程学习 ·

C语言二分查找详解

二分查找是一种知名度很高的查找算法&#xff0c;在对有序数列进行查找时效率远高于传统的顺序查找。 下面这张动图对比了二者的效率差距。 二分查找的基本思想就是通过把目标数和当前数列的中间数进行比较&#xff0c;从而确定目标数是在中间数的左边还是右边&#xff0c;将查…
暂无图片
编程学习 ·

项目经理,你有什么优势吗?

大侠被一个问题问住了&#xff1a;你和别人比&#xff0c;你的优势是什么呢? 大侠听到这个问题后&#xff0c;脱口而出道&#xff1a;“项目管理能力和经验啊。” 听者抬头看了一下大侠&#xff0c;显然听者对大侠的这个回答不是很满意&#xff0c;但也没有继续追问。 大侠回家…
暂无图片
编程学习 ·

nginx的负载均衡和故障转移

#注&#xff1a;proxy_temp_path和proxy_cache_path指定的路径必须在同一分区 proxy_temp_path /data0/proxy_temp_dir; #设置Web缓存区名称为cache_one&#xff0c;内存缓存空间大小为200MB&#xff0c;1天没有被访问的内容自动清除&#xff0c;硬盘缓存空间大小为30GB。 pro…
暂无图片
编程学习 ·

业务逻辑漏洞

身份认证安全 绕过身份认证的几种方法 暴力破解 测试方法∶在没有验证码限制或者一次验证码可以多次使用的地方&#xff0c;可以分为以下几种情况︰ (1)爆破用户名。当输入的用户名不存在时&#xff0c;会显示请输入正确用户名&#xff0c;或者用户名不存在 (2)已知用户名。…