java并发编程实战《七》安全性、活跃性以及性能问题

安全性、活跃性以及性能问题

安全性问题

　　那什么是线程安全呢？其实本质上就是正确性，而正确性的含义就是程序按照我们期望的执行，不要让我们感到意外。

　　存在共享数据并且该数据会发生变化，通俗地讲就是有多个线程会同时读写同一数据

　　那如果能够做到不共享数据或者数据状态不发生变化，不就能够保证线程的安全性了嘛。有不少技术方案都是基于这个理论的，例如线程本地存储（Thread Local Storage，TLS）、不变模式等等

　　当多个线程同时访问同一数据，并且至少有一个线程会写这个数据的时候，如果我们不采取防护措施，那么就会导致并发 Bug，对此还有一个专业的术语，叫做数据竞争

　　竞态条件，指的是程序的执行结果依赖线程执行的顺序

　　那面对数据竞争和竞态条件问题，又该如何保证线程的安全性呢？其实这两类问题，都可以用互斥这个技术方案，而实现互斥的方案有很多，CPU 提供了相关的互斥指令，操作系统、编程语言也会提供相关的 API。从逻辑上来看，我们可以统一归为：锁。

 

活跃性问题

　　所谓活跃性问题，指的是某个操作无法执行下去。我们常见的“死锁”就是一种典型的活跃性问题，当然除了死锁外，还有两种情况，分别是“活锁”和“饥饿”。

　　发生“死锁”后线程会互相等待，而且会一直等待下去，在技术上的表现形式是线程永久地“阻塞”了。

　　有时线程虽然没有发生阻塞，但仍然会存在执行不下去的情况，这就是所谓的“活锁”。

　　解决“活锁”的方案很简单，谦让时，尝试等待一个随机的时间就可以了。

　　那“饥饿”该怎么去理解呢？所谓“饥饿”指的是线程因无法访问所需资源而无法执行下去的情况。

　　

　　解决“饥饿”问题的方案很简单，有三种方案：一是保证资源充足，二是公平地分配资源，三就是避免持有锁的线程长时间执行。这三个方案中，方案一和方案三的适用场景比较有限，因为很多场景下，资源的稀缺性是没办法解决的，持有锁的线程执行的时间也很难缩短。倒是方案二的适用场景相对来说更多一些。

　　那如何公平地分配资源呢？在并发编程里，主要是使用公平锁。所谓公平锁，是一种先来后到的方案，线程的等待是有顺序的，排在等待队列前面的线程会优先获得资源。

 

性能问题

　　“锁”的过度使用可能导致串行化的范围过大，这样就不能够发挥多线程的优势了.

　　Java SDK 并发包里之所以有那么多东西，有很大一部分原因就是要提升在某个特定领域的性能。

 

课后思考

　　Java 语言提供的 Vector 是一个线程安全的容器，有同学写了下面的代码，你看看是否存在并发问题呢？

　　

void addIfNotExist(Vector v, 
    Object o){
  if(!v.contains(o)) {
    v.add(o);
  }
}

　　Vector实现线程安全是通过给主要的写方法加了synchronized，类似contains这样的读方法并没有synchronized，该题的问题就出在不是线程安全的contains方法，两个线程如果同时执行到if(!v.contains(o)) 是可以都通过的，这时就会执行两次add方法，重复添加。也就是老师说的竞态条件。