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每日英文 Sometimes there is no next time, no second chance, no time out. Sometimes it is now or never. 有時(shí)候,，沒有下一次，沒有機(jī)會(huì)重來,，沒有暫停繼續(xù),。有時(shí)候，錯(cuò)過了現(xiàn)在,，就永遠(yuǎn)永遠(yuǎn)的沒機(jī)會(huì)了,。 每日掏心話 幸福，就是當(dāng)激情退去,、容顏衰老,，牽你的還是那雙不怨悔的手；陪你的還是那顆不回頭的心,；暖你的還是那份不冷卻的情,。 來自：七彩祥云至尊寶 | 責(zé)編：樂樂 鏈接：juejin.im/post/5d2c97bff265da1bc552954b 正文 / 什么是線程 / 按操作系統(tǒng)中的描述，線程是 CPU 調(diào)度的最小單元,，直觀來說線程就是代碼按順序執(zhí)行下來,，執(zhí)行完畢就結(jié)束的一條線。 舉個(gè) ,，富土康的一個(gè)組裝車間相當(dāng)于 CPU ,，而線程就是當(dāng)前車間里的一條條作業(yè)流水線。為了提高產(chǎn)能和效率,，車間里一般都會(huì)有多條流水線同時(shí)作業(yè),。同樣在我們 Android 開發(fā)中多線程可以說是隨處可見了，如執(zhí)行耗時(shí)操作,，網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求,、文件讀寫、數(shù)據(jù)庫讀寫等等都會(huì)開單獨(dú)的子線程來執(zhí)行,。 那么你的線程是安全的嗎,？線程安全的原理又是什么呢？（本文內(nèi)容是個(gè)人學(xué)習(xí)總結(jié)淺見,，如有錯(cuò)誤的地方,，望大佬們輕拍指正） / 線程安全 / 了解線程安全的之前先來了解一下 Java 的內(nèi)存模型，先搞清楚線程是怎么工作的,。 Java 內(nèi)存模型 - JMM 什么是 JMM JMM(Java Memory Model),是一種基于計(jì)算機(jī)內(nèi)存模型（定義了共享內(nèi)存系統(tǒng)中多線程程序讀寫操作行為的規(guī)范）,，屏蔽了各種硬件和操作系統(tǒng)的訪問差異的，保證了Java程序在各種平臺(tái)下對(duì)內(nèi)存的訪問都能保證效果一致的機(jī)制及規(guī)范,。保證共享內(nèi)存的原子性,、可見性、有序性。 能用圖的地方盡量不廢話,，先來看一張圖：  上圖描述了一個(gè)多線程執(zhí)行場景,。線程 A 和線程 B 分別對(duì)主內(nèi)存的變量進(jìn)行讀寫操作。其中主內(nèi)存中的變量為共享變量,也就是說此變量只此一份,，多個(gè)線程間共享,。但是線程不能直接讀寫主內(nèi)存的共享變量，每個(gè)線程都有自己的工作內(nèi)存,，線程需要讀寫主內(nèi)存的共享變量時(shí)需要先將該變量拷貝一份副本到自己的工作內(nèi)存,，然后在自己的工作內(nèi)存中對(duì)該變量進(jìn)行所有操作，線程工作內(nèi)存對(duì)變量副本完成操作之后需要將結(jié)果同步至主內(nèi)存,。 線程的工作內(nèi)存是線程私有內(nèi)存,，線程間無法互相訪問對(duì)方的工作內(nèi)存。 為了便于理解,，用圖來描述一下線程對(duì)變量賦值的流程,。  那么問題來了，線程工作內(nèi)存怎么知道什么時(shí)候又是怎樣將數(shù)據(jù)同步到主內(nèi)存呢,？這里就輪到 JMM 出場了,。JMM 規(guī)定了何時(shí)以及如何做線程工作內(nèi)存與主內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)同步。 對(duì) JMM 有了初步的了解,，簡單總結(jié)一下原子性,、可見性、有序性,。 原子性：對(duì)共享內(nèi)存的操作必須是要么全部執(zhí)行直到執(zhí)行結(jié)束,，且中間過程不能被任何外部因素打斷，要么就不執(zhí)行,。 可見性：多線程操作共享內(nèi)存時(shí),，執(zhí)行結(jié)果能夠及時(shí)的同步到共享內(nèi)存，確保其他線程對(duì)此結(jié)果及時(shí)可見,。 有序性：程序的執(zhí)行順序按照代碼順序執(zhí)行,，在單線程環(huán)境下，程序的執(zhí)行都是有序的,，但是在多線程環(huán)境下,，JMM 為了性能優(yōu)化，編譯器和處理器會(huì)對(duì)指令進(jìn)行重排,，程序的執(zhí)行會(huì)變成無序,。 到這里，我們可以引出本文的主題了 --【線程安全】,。 線程安全的本質(zhì) 其實(shí)第一張圖的例子是有問題的,，主內(nèi)存中的變量是共享的,，所有線程都可以訪問讀寫，而線程工作內(nèi)存又是線程私有的,，線程間不可互相訪問,。那在多線程場景下，圖上的線程 A 和線程 B 同時(shí)來操做共享內(nèi)存里的同一個(gè)變量,，那么主內(nèi)存內(nèi)的此變量數(shù)據(jù)就會(huì)被破壞。也就是說主內(nèi)存內(nèi)的此變量不是線程安全的,。我們來看個(gè)代碼小例子幫助理解,。 public class ThreadDemo { private void count() { public void runTest() { public static void main(String[] args) { 示例代碼中 runTest 方法2個(gè)線程分別執(zhí)行 1_000_000 次 count() 方法, count() 方法中只執(zhí)行簡單的 x++ 操作,理論上每次執(zhí)行 runTest 方法應(yīng)該有一個(gè)線程輸出的 x 結(jié)果應(yīng)該是2_000_000。但實(shí)際的運(yùn)行結(jié)果并非我們所想： final x from 1: 989840 我運(yùn)行了10次,，其中一個(gè)線程輸出 x 的值為 2_000_000 只出現(xiàn)了2次,。 final x from 1: 1000000 出現(xiàn)這樣的結(jié)果的原因也就是我們上面所說的，在多線程環(huán)境下,，我們主內(nèi)存的 x 變量的數(shù)據(jù)被破壞了,。我們都知道完成一次 i++ 相當(dāng)于執(zhí)行了： int tmp = x + 1; 在多線程環(huán)境下就會(huì)出現(xiàn)在執(zhí)行完 int tmp = x + 1; 這行代碼時(shí)就發(fā)生了線程切換，當(dāng)線程再次切回來的時(shí)候,，x 就會(huì)被重復(fù)賦值,，導(dǎo)致出現(xiàn)上面的運(yùn)行結(jié)果，2個(gè)線程都無法輸出 2_000_000,。 下圖描述了示例代碼的執(zhí)行時(shí)序：  那么 Java 是如何來解決上述問題來保證線程安全,，保證共享內(nèi)存的原子性、可見性,、有序性的呢,？ / 線程同步 / Java 提供了一系列的關(guān)鍵字和類來保證線程安全。 Synchronized 關(guān)鍵字 Synchronized 作用 保證方法或代碼塊操作的原子性 Synchronized 保證法內(nèi)部或代碼塊內(nèi)部資源（數(shù)據(jù)）的互斥訪問,。即同時(shí)間,、由同個(gè) Monitor（監(jiān)視鎖） 監(jiān)視的代碼，最多只能有個(gè)線程在訪問,。 話不多說來張動(dòng)圖描述一下 Monitor 工作機(jī)制：   被 Synchronized 關(guān)鍵字描述的方法或代碼塊在多線程環(huán)境下同一時(shí)間只能由一個(gè)線程進(jìn)行訪問,，在持有當(dāng)前 Monitor 的線程執(zhí)行完成之前，其他線程想要調(diào)用相關(guān)方法就必須進(jìn)行排隊(duì),，知道持有持有當(dāng)前 Monitor 的線程執(zhí)行結(jié)束,，釋放 Monitor ，下一個(gè)線程才可獲取 Monitor 執(zhí)行,。 如果存在多個(gè) Monitor 的情況時(shí),，多個(gè) Monitor 之間是不互斥的。 多個(gè) Monitor 的情況出現(xiàn)在自定義多個(gè)鎖分別來描述不同的方法或代碼塊,，Synchronized 在描述代碼塊時(shí)可以指定自定義 Monitor ,，默認(rèn)為 this 即當(dāng)前類,。   保證監(jiān)視資源的可見性 保證多線程環(huán)境下對(duì)監(jiān)視資源的數(shù)據(jù)同步。即任何線程在獲取到 Monitor 后的第時(shí) 間,，會(huì)先將共享內(nèi)存中的數(shù)據(jù)復(fù)制到的緩存中,；任何線程在釋放 Monitor 的第 時(shí)間，會(huì)先將緩存中的數(shù)據(jù)復(fù)制到共享內(nèi)存中,。 保證線程間操作的有序性 Synchronized 的原子性保證了由其描述的方法或代碼操作具有有序性,，同一時(shí)間只能由最多只能有一個(gè)線程訪問，不會(huì)觸發(fā) JMM 指令重排機(jī)制,。 Volatile 關(guān)鍵字 Volatile 作用 保證被 Volatile 關(guān)鍵字描述變量的操作具有可見性和有序性（禁止指令重排）,。 注意： Volatile 只對(duì)基本類型 (byte、char,、short,、int、long,、float,、double、boolean) 的賦值 操作和對(duì)象的引賦值操作有效,。 對(duì)于 i++ 此類復(fù)合操作,， Volatile 無法保證其有序性和原子性。 相對(duì) Synchronized 來說 Volatile 更加輕量一些,。 java.util.concurrent.atomic 包提供了一系列的 AtomicBoolean,、AtomicInteger、AtomicLong 等類,。使用這些類來聲明變量可以保證對(duì)其操作具有原子性來保證線程安全,。 實(shí)現(xiàn)原理上與 Synchronized 使用 Monitor（監(jiān)視鎖）保證資源在多線程環(huán)境下阻塞互斥訪問不同，java.util.concurrent.atomic 包下的各原子類基于 CAS(CompareAndSwap) 操作原理實(shí)現(xiàn),。 CAS 又稱無鎖操作,，一種樂觀鎖策略，原理就是多線程環(huán)境下各線程訪問共享變量不會(huì)加鎖阻塞排隊(duì),，線程不會(huì)被掛起,。通俗來講就是一直循環(huán)對(duì)比，如果有訪問沖突則重試,，直到?jīng)]有沖突為止,。 Lock Lock 也是 java.util.concurrent 包下的一個(gè)接口，定義了一系列的鎖操作方法,。Lock 接口主要有 ReentrantLock,，ReentrantReadWriteLock.ReadLock，ReentrantReadWriteLock.WriteLock 實(shí)現(xiàn)類,。與 Synchronized 不同是 Lock 提供了獲取鎖和釋放鎖等相關(guān)接口,，使得使用上更加靈活,，同時(shí)也可以做更加復(fù)雜的操作，如： ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(); / 總結(jié) / 出現(xiàn)線程安全問題的原因： 在多個(gè)線程并發(fā)環(huán)境下,，多個(gè)線程共同訪問同一共享內(nèi)存資源時(shí),，其中一個(gè)線程對(duì)資源進(jìn)行寫操作的中途(寫入已經(jīng)開始，但還沒 結(jié)束),，其他線程對(duì)這個(gè)寫了一半的資源進(jìn)讀操作,，或者對(duì)這個(gè)寫一半的資源進(jìn)寫操作，導(dǎo)致此資源出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,。 如何避免線程安全問題,？ 保證共享資源在同一時(shí)間只能由一個(gè)線程進(jìn)行操作(原子性，有序性),。 將線程操作的結(jié)果及時(shí)刷新，保證其他線程可以立即獲取到修改后的最新數(shù)據(jù)（可見性）,。 |
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