Java 多线程编程之：如何解决线程安全问题
一.什么时候会出现线程安全问题？
在单线程中不会出现线程安全问题，而在多线程编程中，有可能会出现同时访问同一个资源的情况，这种资源可以是各种类型的的资源：一个变量、一个对象、一个文件、一个数据库表等，而当多个线程同时访问同一个资源的时候，就会存在一个问题：
由于每个线程执行的过程是不可控的，所以很可能导致最终的结果与实际上的愿望相违背或者直接导致程序出错。
举个简单的例子：
现在有两个线程分别从网络上读取数据，然后插入一张数据库表中，要求不能插入重复的数据。
那么必然在插入数据的过程中存在两个操作：
1）检查数据库中是否存在该条数据；
2）如果存在，则不插入；如果不存在，则插入到数据库中。
假如两个线程分别用thread-1和thread-2表示，某一时刻，thread-1和thread-2都读取到了数据X，那么可能会发生这种情况：
thread-1去检查数据库中是否存在数据X，然后thread-2也接着去检查数据库中是否存在数据X。
结果两个线程检查的结果都是数据库中不存在数据X，那么两个线程都分别将数据X插入数据库表当中。
这个就是线程安全问题，即多个线程同时访问一个资源时，会导致程序运行结果并不是想看到的结果。
这里面，这个资源被称为：临界资源（也有称为共享资源）。
也就是说，当多个线程同时访问临界资源（一个对象，对象中的属性，一个文件，一个数据库等）时，就可能会产生线程安全问题。
不过，当多个线程执行一个方法，方法内部的局部变量并不是临界资源，因为方法是在栈上执行的，而Java栈是线程私有的，因此不会产生线程安全问题。
二.如何解决线程安全问题？
基本上所有的并发模式在解决线程安全问题上，都采用“序列化访问临界资源”的方案，即在同一时刻，只能有一个线程访问临界资源，也称同步互斥访问。
通常来说，是在访问临界资源的代码前面加上一个锁，当访问完临界资源后释放锁，让其他线程继续访问。
在Java中，提供了两种方式来实现同步互斥访问：synchronized和Lock。
本文主要讲述synchronized的使用方法，Lock的使用方法在下一篇博文中讲述。
三.synchronized同步方法或者同步块
在了解synchronized关键字的使用方法之前，我们先来看一个概念：互斥锁，顾名思义：能到达到互斥访问目的的锁。
举个简单的例子：如果对临界资源加上互斥锁，当一个线程在访问该临界资源时，其他线程便只能等待。
在Java中，每一个对象都拥有一个锁标记（monitor），也称为监视器，多线程同时访问某个对象时，线程只有获取了该对象的锁才能访问。
在Java中，可以使用synchronized关键字来标记一个方法或者代码块，当某个线程调用该对象的synchronized方法或者访问synchronized代码块时，这个线程便获得了该对象的锁，其他线程暂时无法访问这个方法，只有等待这个方法执行完毕或者代码块执行完毕，这个线程才会释放该对象的锁，其他线程才能执行这个方法或者代码块。
下面通过几个简单的例子来说明synchronized关键字的使用：
1.synchronized方法
下面这段代码中两个线程分别调用insertData对象插入数据：
public class Test { public static void main(String[] args) { final InsertData insertData = new InsertData(); new Thread() { public void run() { insertData.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); new Thread() { public void run() { insertData.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); } } class InsertData { private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>(); public void insert(Thread thread){ for(int i=0;i<5;i++){ System.out.println(thread.getName()+"在插入数据"+i); arrayList.add(i); } } }
输出结果:
说明两个线程在同时执行insert方法。
而如果在insert方法前面加上关键字synchronized的话，运行结果为：
class InsertData { private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>(); public synchronized void insert(Thread thread){ for(int i=0;i<5;i++){ System.out.println(thread.getName()+"在插入数据"+i); arrayList.add(i); } } }
输出结果:
三.lock
synchronized是java中的一个关键字，也就是说是Java语言内置的特性。那么为什么会出现Lock呢？
在上面一篇文章中，我们了解到如果一个代码块被synchronized修饰了，当一个线程获取了对应的锁，并执行该代码块时，其他线程便只能一直等待，等待获取锁的线程释放锁，而这里获取锁的线程释放锁只会有两种情况：
1）获取锁的线程执行完了该代码块，然后线程释放对锁的占有。
2）线程执行发生异常，此时JVM会让线程自动释放锁。
那么如果这个获取锁的线程由于要等待IO或者其他原因（比如调用sleep方法）被阻塞了，但是又没有释放锁，其他线程便只能干巴巴地等待，试想一下，这多么影响程序执行效率。
因此就需要有一种机制可以不让等待的线程一直无期限地等待下去（比如只等待一定的时间或者能够响应中断），通过Lock就可以办到。
再举个例子：当有多个线程读写文件时，读操作和写操作会发生冲突现象，写操作和写操作会发生冲突现象，但是读操作和读操作不会发生冲突现象。
但是采用synchronized关键字来实现同步的话，就会导致一个问题：
如果多个线程都只是进行读操作，所以当一个线程在进行读操作时，其他线程只能等待无法进行读操作。
因此就需要一种机制来使得多个线程都只是进行读操作时，线程之间不会发生冲突，通过Lock就可以办到。
另外，通过Lock可以知道线程有没有成功获取到锁。这个是synchronized无法办到的。
总结一下，也就是说Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下几点：
1）Lock不是Java语言内置的，synchronized是Java语言的关键字，因此是内置特性。Lock是一个类，通过这个类可以实现同步访问。
2）Lock和synchronized有一点非常大的不同，采用synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用；而Lock则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。
下面我们就来探讨一下java.util.concurrent.locks包中常用的类和接口。
下面来逐个讲述Lock接口中每个方法的使用，lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用来获取锁的。unLock()方法是用来释放锁的。newCondition()这个方法暂且不在此讲述，会在后面的线程协作一文中讲述。
在Lock中声明了四个方法来获取锁，那么这四个方法有何区别呢？
首先lock()方法是平常使用得最多的一个方法，就是用来获取锁。如果锁已被其他线程获取，则进行等待。
由于在前面讲到如果采用Lock，必须主动去释放锁，并且在发生异常时，不会自动释放锁。因此一般来说，使用Lock必须在try{}catch{}块中进行，并且将释放锁的操作放在finally块中进行，以保证锁一定被被释放，防止死锁的发生。通常使用Lock来进行同步的话，是以下面这种形式去使用的：
Lock lock = ...; lock.lock(); try{ //处理任务 }catch(Exception ex){ }finally{ lock.unlock(); //释放锁 }
tryLock()方法是有返回值的，它表示用来尝试获取锁，如果获取成功，则返回true，如果获取失败（即锁已被其他线程获取），则返回false，也就说这个方法无论如何都会立即返回。在拿不到锁时不会一直在那等待。
tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是类似的，只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待一定的时间，在时间期限之内如果还拿不到锁，就返回false。如果如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁，则返回true。
原文连接：https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3923167.html
