Java 线程安全

1. 什么是线程安全？

　　可变资源（内存）间线程共享。

2. 如何实现线程安全？

• 不共享资源；
• 共享不可变资源；
• 共享可变资源：
  • 可见性；
  • 操作原子性；
  • 禁止重排序；

　　1. 不共享资源

　　　　1. 可重入函数：函数体内部不涉及任何外部变量；

// 可重入函数
public static int addTwo(int num) {
    return  num + 3;
}

　　　　2. 使用ThreadLoacl：

final static ThreadLocal<String> mThreadLocal = new ThreadLocal<>();

public static void test() {
    Runnable runnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            mThreadLocal.set(UUID.randomUUID().toString());

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " -- token : " + mThreadLocal.get());
        }
    };

    for (int idx = 0; idx < 3; idx++) {
        Thread thread = new Thread(runnable);
        thread.start();
    }
}

 　　上面的结果就是每个线程都有自己的副本，输出的值也不相同。

 

　　ThreadLocal作用及实现原理：

　　ThreadLocal作用是用于线程间数据隔离，ThreadLocal是线程内部数据存储类，通过ThreadLocal将数据存储在指定线程中，存储后只能通过指定线程获取数据，其它线程是获取不到数据的。ThreadLocal是一个Map（ThreadLocalMap），Key是线程对象Thread.currentThread，值为存储的数据，在Hander的Looper类中的ThreadLocal存储的是Looper对象。

　　在Looper中ThreadLocal是静态常量存储于静态存储区，线程中工作内存中使用的是ThreadLocal的主内存的副本，但是由于ThreadLocal是一个Map对象，Key又是线程（Thread.currentThread），只能通过指定线程获取ThreadLocal中的数据，所以，做到了线程间数据隔离互不影响。

/**
 * Returns the value in the current thread's copy of this
 * thread-local variable.  If the variable has no value for the
 * current thread, it is first initialized to the value returned
 * by an invocation of the {@link #initialValue} method.
 *
 * @return the current thread's value of this thread-local
 */
public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue();
}

/**
 * Sets the current thread's copy of this thread-local variable
 * to the specified value.  Most subclasses will have no need to
 * override this method, relying solely on the {@link #initialValue}
 * method to set the values of thread-locals.
 *
 * @param value the value to be stored in the current thread's copy of
 *        this thread-local.
 */
public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

　　通过ThreadLocal源码中get()和set()方法，操作的变量是ThreadLocalMap。

　　ThreadLocalMap的创建：

    /**
     * Get the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
     * InheritableThreadLocal.
     *
     * @param  t the current thread
     * @return the map
     */
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }

    /**
     * Create the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
     * InheritableThreadLocal.
     *
     * @param t the current thread
     * @param firstValue value for the initial entry of the map
     */
    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

　　ThreadLocalMap就是一个Map，而向Map中存储数据的key是Thread的this（map.set(this, value);），就是将值存储到线程上的，就是通过Map将thread的this和value绑定。

　　ThreadLocal使用建议：

• • 声明为全局静态final变量；
  • 避免存储大量对象；
  • 使用完后及时移除对象；

　　2. 共享不可变资源

　　　　使用final关键字

　　3. 共享可变资源

　　　　1. 禁止重排序特性；

　　　　2. 可见性：

　　　　　　使用final和volatile关键字：

　　　　　　final：1. 修饰变量不可被修改；2. 修饰类不可被继承；3. 修饰方法不可被覆写；4. 禁止重排序特性；

　　　　　　volatile：1. 可见性 -- 多线程操作时，其中一个线程修改了volatile修饰的变量，会通知其它线程变量改变；2. 禁止重排序；

　　　　　　PS：每个线程都有自己的工作内存，工作内存将主内存变量copy到工作内存后，再执行操作。所以，导致了多线程时变量数据不一致性。

　　　　　　2. 加锁：锁释放后强制将缓存数据刷新到主内存。

　　　　3. 操作原子性：加锁。