线程八大基础核心八（线程安全）

1.引子

在java多线程并发编程中，有八大基础核心。
看看都有哪八大基础核心呢？它们分别是：
    1.创建线程的方式
    2.线程启动
    3.线程停止
    4.线程生命周期
    5.线程相关的方法
    6.线程相关的属性
    7.线程异常处理
    8.线程安全

今天我们从第八个基础核心开始：线程安全

2.考考你

#前情回顾
1.多线程编程中，比较为难，又需要重点关注的一个话题，就是线程安全
2.需要从理论、和实战多个角度去看
3.本着一篇文章，信息量不要太多的原则
4.本篇文章仅相对全面的梳理线程安全的基础
5.更多内容，结合JUC的内容，推荐了解的内容有：
    线程池、锁、CAS、ThreadLocal
    并发集合、并发流程控制、AQS
    
#考考你
1.你知道多线程的理论基础有哪些吗？
2.你知道线程的实现方式有哪些吗？
3.你知道多线程安全的三要素吗？
4.你知道java的内存模型JMM吗？
5.你知道让线程安全的常规手段吗？
6.你知道java中的volatile关键字吗？

3.案例

3.1.困惑的i++操作

简述：

1.在我们的日常开发中，经常会写：i++这样的操作

2.问题：那么它到底是不是线程安全的呢？

3.关键点：问题的关键在于i++是不是原子性操作。即i++对于操作系统，或者说对于jvm执行子系统，是一条指令，还是多条指令？

3.1.1.案例代码

package com.anan.thread.threadsafe;

/**
 * 让人困惑的i++操作
 */
public class ThreadSafeIAddOper {

    // 定义自增操作变量：i
    public  static int i_add = 0;

    // 在方法中，进行i_add的自增操作
    public  static void addI(){
        i_add++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建20个线程，并行执行i_add自增操作
        Runnable r1 = new MyRunnable();

        // for循环，创建20个线程
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread(r1).start();
        }

        // 等待20个子线程执行结束后，主线程main输出i_add的值
        while(Thread.activeCount() > 2){
            ;
        }
        System.out.println("i_add变量最终值：" +i_add);
    }

    /**
     * 实现Runnable接口，创建线程
     */
    static class MyRunnable implements Runnable{
        public void run() {
            // for循环，执行i_add自增操作：10000次
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                addI();
            }
        }
    }
}

3.1.2.执行结果

 

3.1.3.ThreadSafeAddOper字节码文件内容

简述：

1.彩蛋：通过javap工具，查看字节码文件结构

2.说明i++操作，对于jvm执行子系统，不是原子性（是由多条指令组成）

3.以下是类：ThreadSafeIAddOper，对应的class文件内容

D:\03other\02study\coding\mypro\thread-pro\target\classes>javap -v com.anan.thread.threadsafe.ThreadSafeIAddOper
Classfile /D:/03other/02study/coding/mypro/thread-pro/target/classes/com/anan/thread/threadsafe/ThreadSafeIAddOper.class
  Last modified 2020-2-15; size 1259 bytes
  MD5 checksum 6b289d7c5da1749f03e41da116a3b9a6
  Compiled from "ThreadSafeIAddOper.java"
public class com.anan.thread.threadsafe.ThreadSafeIAddOper
  minor version: 0
  major version: 49
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
 ......内容省略......

  public static void addI();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=0, args_size=0
         0: getstatic     #10                 // Field i_add:I
         3: iconst_1
         4: iadd
         5: putstatic     #10                 // Field i_add:I
         8: return
      LineNumberTable:
        line 13: 0
        line 14: 8
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature

  public static void main(java.lang.String[]);
    .......内容省略......

D:\03other\02study\coding\mypro\thread-pro\target\classes>

3.1.4.i++对应的字节码指令说明

简述：

1.通过截图，可以看到一个i++操作，在字节码层面，对应了四条jvm字节码指令：

getstatic、iconst_1、iadd、putstatic

2.说明对于jvm来说，i++不是原子性操作

 

3.2.线程安全基本手段：锁

简述：

1.改造3.1案例代码，通过加锁实现：多条指令操作的原子性。从而实现线程安全。

2.给addI方法，增加synchronized同步锁

 

执行结果：

 

 

3.3.关键字volatile错误使用案例

简述：

改造3.1.案例代码，通过volatile关键字修饰：

1.说明volatile关键字，只能保障线程的可见性（即一个线程修改了volatile关键字修改的变量后，会立即刷新到主内存，让其它线程可见）。

2.但volatile关键字，不能保障原子性，对于i++操作，它还是不能保障线程安全

3.关于volatile关键字的正确使用方式，请看讨论分享中内容说明。

 

执行结果：

 

 

4.讨论分享

#考考你答案
1.你知道多线程的理论基础有哪些吗？
   1.1.进程与线程的区别
   1.2.线程实现方式
   1.3.线程安全三要素
   1.4.java内存模型JMM
   1.5.锁
   
2.你知道进程与线程的区别吗？
  2.1.进程是操作系统【分配资源】的最小单位
  2.2.线程是操作系统【调度】的最小单位
   
3.你知道线程的实现方式有哪些吗？
  3.1.基于操作系统内核实现方式（内核线程）
  3.2.基于用户进程实现方式（用户态线程，即协程）
  3.3.java的线程实现方式是：内核线程实现方式

4.你知道多线程安全的三要素吗？
  4.1.线程安全要素一：原子性
  4.2.线程安全要素二：可见性
  4.3.线程安全要素三：有序性

5.你知道java的内存模型JMM吗？
  5.1.参见附图
  
6.你知道java编程中，线程安全的常规手段吗？
  6.1.线程安全常规手段一：加锁
  6.2.线程安全常规手段二：消除共享资源
    
7.你知道java中的volatile关键字吗？
  7.1.volatile关键字是一种轻量级线程安全实现方式
  7.2.volatile关键字的底层原理：保证可见性，禁止重排序
  7.3.使用volatile关键字注意事项：
    a.volatile关键字修饰变量值修改，不依赖原来的值；或者只有单一线程进行修改
    b.volatile关键字修饰的变量，不与其它变量一起参与原子性约束
    c.满足a、b两条，那么volatile关键字修饰的变量，在多线程下是线程安全的

 

 java内存模型JMM：

 （到这里，多线程基础编程暂时告一段落，本系列是学习笔记，参考了悟空老师的课程：《Java并发核心知识体系精讲》。欢迎大家去学习悟空老师的课程，讲的非常好！同时向悟空老师问好！）