关于线程安全的思考

线程安全是什么？

​ 　　维基百科：线程安全是程序设计中的术语，指某个函数、函数库在多线程环境中被调用时，能够正确地处理多个线程之间的公用变量，使程序功能正确完成。

​ 　　《Java并发编程实战(Java Concurrency In Practice)》的作者Brian Goetz：当多个线程同时访问一个对象时，如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行，也不需要进行额外的同步，或者在调用方进行任何其他的协调操作，调用这个对象的行为都可以获得正确的结果，那就称这个对象是线程安全的。”

实现线程安全的几种方式

　　同步的定义：同步是指在多线程环境中，控制多个线程有序地访问共享数据，即保证同一时刻只有一个线程访问。

阻塞同步（悲观）

​ 　　互斥是方法是手段，同步是目的。

​ 　　使用synchronized关键字或者JUC并发包下的接口Lock的实现类ReentrantLock。

​ 　　synchronized和ReentrantLock对比：

• Java语法层面的同步,足够清晰,也足够简单；

• 对开发者要求高，必须要在finally块中释放锁；

• JVM可以在线程和对象的元数据中记录synchronized中锁的相关信息来进行优化，而Lock不行。

  如果synchronized能满足使用需求那就使用synchronized。​

  ReentrantLock的高级功能：

  • 线程阻塞等待时可以中断；

  • 可以实现公平锁（在锁被释放时，等待锁的所有线程按照时间顺序来依次获得锁，性能差，吞吐量下降）；

  • 锁可以绑定多个条件。​

  ​这是一种悲观的策略。不管共享数据有没有出现竞争，都会默认加上锁，主要问题是进行线程阻塞和唤醒所带来的性能开销。
  （不过JDK6下的synchronized除外，JVM会通过线程和对象的元数据信息优化掉很大一部分不必要的加锁。
  synchronized的升级过程：偏向锁 --自旋+CAS的方式两个线程来抢锁--> 轻量级锁 --自旋等待的过程中，锁仍未释放，就会升级为重量级锁--> 重量级锁：OS级别的上下文用户态到内核态的转换）。

   

非阻塞同步（乐观无锁）

​ 　　硬件层面提供的基于冲突检测的乐观并发策略，通俗地说就是不管共享数据有没竞争,直接操作；如果共享的数据的确出现竞争了，产生了冲突，那再进行其他的补偿措施,最常用的补偿措施是不断地重试（自旋锁，固定重试次数）,直到出现没有竞争的共享数据为止。

​ 　　JDK下的Unsafe类中的native方法compareAndSwapInt，其中JUC下的AutomicInteger的incrementAndGet方法就使用到了。

 

无需同步

可重入代码​

　　定义：一个方法的返回结果对于相同的输入始终相同。

​ 　　可重入代码的确具备上述特征，例如不依赖全局变量、存储在堆上的数据和公用的系统资源，用到的状态量都由参数中传入，不调用非可重入的方法等。因此，如果一个方法的返回结果是可以预测的，只要输入了相同的数据就都能返回相同的结果，那么它就满足可重入性的要求，即使这个方法被多个线程同时调用也不会出现线程安全问题。

​ 　　可重入代码的另一个重要特征是，当一个线程在执行可重入代码时，它可以被另一个线程中断，并在中断后恢复执行，而不会影响程序的正确性。这是因为可重入代码只依赖于传入的参数和局部变量，它不会修改全局变量和其他线程共享的资源，因此不会对其他线程的执行产生影响。

　　​ 总之，可重入代码具有预测性和可中断性两个特征，这些特征保证了可重入代码的线程安全性，使得它可以被多个线程同时调用而不会出现数据竞争、死锁等线程安全问题。

​线程本地存储

​ 　　把共享数据的代码保证在同一个线程中执行。

​ 　　Java中的实现就是ThreadLocal。一般使用在存储用户数据上下文。

 

参考：《深入理解Java虚拟机》