java线程学习笔记（三）——线程安全概念

辉哥的菜 2021-09-06

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定义:

当多个线程访问某个类时，不管运行时环境采用何种调度方式或者这些线程如何交替执行，并且在主调代码中不需要任何额外的同步或者协同，这个类都能表现正确的行为,那么称这个类时线程安全的。

线程安全性主要体现在三个方面:

（1）原子性：即不可分割，提供互斥访问，同一时刻只能有一个线程对它进行操作

（2）可见性：一个线程对共享变量的修改，可以及时被其他线程观察到

（3）有序性：序在执行的时候，程序的代码执行顺序和语句的顺序是一致的。

下面还是直接代码演示下安全的基本体现:

public class ThreadSafeQuestions implements Runnable{
    private int value;
    public int getNext(){
        return value++;
    }


    public static void main(String[] args) {
        ThreadSafeQuestions runImpl = new ThreadSafeQuestions();
        Thread thread11 = new Thread(runImpl,"thread_11");
        Thread thread22 = new Thread(runImpl,"thread_22");
        Thread thread33 = new Thread(runImpl,"thread_33");


        thread11.start();
        thread22.start();
        thread33.start();
    }


    @Override
    public void run() {
        for (int i =0;i<50;i++){
            int next = this.getNext();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"  runnable nextValue="+next);
        }
    }
}

启动三个线程一起执行一个value值得自增操作，能够出现偶尔的两个线程打印的值是相同的，也就说，这个value值按道理应该按照预想的每次执行getNext方法后返回的值都是自增过一次的，但是在多线程执行下，就可能出现不一样的结果。下面通过编译然后解析下class文件字节码:

 ...//省略之前部分
 public int getNext();
    descriptor: ()I
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=4, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: dup
         2: getfield      #2                   Field value:I
         5: dup_x1
         6: iconst_1
         7: iadd
         8: putfield      #2                   Field value:I
        11: ireturn
      LineNumberTable:
        line 12: 0


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

上面的字节码就是截取getNext方法的，其他部分都省略了。可以看出来，这个value++自增的方法在字节码的情况下，是分成了先获取属性值 getfield、然后iadd自增、最后putfield基本三个步骤，这个三个步骤在cpu指令执行的时候是三个指令操作，也就说这期间多个线程同时操作这个方法时候，就有可能一个线程还在执行第二步自增的时候，另一个线程就走到第一步读取值，这时候读取的值就不是最新的值了。因为++操作在java里面不是原子操作的，字节码解析中就可以看出来。

还有就是上面的value是实例变量，也就是线程可共享的资源，对于每个线程而言，都有自己对这个共享变量的一份副本，共享变量本身是放在主内存中的。每个线程操作共享变量值时候都是首先从主内存加载变量，然后读写这个变量值，最后将修改过的变量同步到主内存中。

这也就可以解释出，上面value++操作时候的问题，一个线程操作了value值，还没有及时同步到主内存中，这个时候另一个线程就去copy一份主内存的值，然后读写操作，导致这个线程读取的值并不是最新的值，这就是所谓的线程可见性问题。

针对这个解决可见性问题，一般可以使用synchronized关键字进行同步操作。synchronized关键字一般可以放在同步代码块(使用自定义对象加锁)、实例方法（默认就是当前对象）、静态方法(类的class对象)。

备注：

java文件使用命令编译：javac 文件名.java

class文件查看字节码：javap -v 文件.class

通过编译查看字节码文件，可以比较清楚代码的具体执行命令。

java 安全

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