【Java 并发编程】 07 线程安全

1. 什么是线程安全呢？

线程安全并非“线程安全”，大家不要望文生义，所谓的线程安全其实指的是内存的安全，随着操作系统的发展，不再是单核CPU，而是多核多任务，也就意味的进程的并发执行，回想一下是不是可以一边敲着代码，一边听着歌，此时问题来了，为什么这两个进程互不影响呢？操作系统对此做了一系列的保障，是的每一个进程有自己的一块内存空间，进程之间是隔离的，彼此不能互相访问。

每个进程有自己的一块特殊公共的区域，称为堆内存，既然是公共区域，那么一个进程里面的多个线程都可访问的到，这也就是 bug 的起源。一个线程访问公共的成员变量，并对此进行了修改，于是发生线程切换，等回来继续执行的时候发现数据被其它线程进行了修改。由此可见 线程安全是指在没有任何限制的情况下，堆内存中的数据可以被多个线程访问并意外修改。

2. 如何解决线程安全问题呢？

成员变量变为局部变量（线程封闭）—— 没有共享就没有伤害

学习 java 基础的时候我们知道，内存可以分为堆内存和栈内存，凡是 new 出来的对象都是放在堆内存中的。方法的调用是压栈进行的。👉 成员变量和局部变量的区别，成员变量是类中的变量，随着类的消失而消失，而局部变量是在方法中（局部变量在栈中），随着方法的调用结束而消失。 方法在栈里面，压栈进行的，调用方法是先进后出，方法的调用和栈的存储结构有关，我们称为调用栈。

多个线程可以调用相同的方法，且每个线程可以给方法传不同的参数，也就意味着每个线程都有自己独立的调用栈。

可见 java 的局部变量是线程安全的，每个线程有自己的调用栈，方法中的局部变量和方法同生共死，且不被其线程共享，回到我们最初线程安全的问题，多个线程可以修改共享变量，此时我们将共享变量变为局部变量，也就是成员变量变为局部变量，不就可以解决线程安全问题了么。可见没有共享就没有伤害。

我有残疾，你随意修改，对我没有差别啦！

我们上述通过将成员变量变为局部变量，可以解决线程安全问题，可是有的时候我们并不想让成员变量变为局部变量，那个怎么办呢，你是否还记得 final 关键字，final 关键字修饰的类我们成为太监类，修饰的变量为太监变量，这是一个残疾的变量，一旦赋了初值，将不会再修改。此时也就意味着多个线程访问该成员变量时，只能读，不能写，即使你写了，也不生效。可见这个方法对线程也是安全的，但是这个方法真的狗。

东西多了就不知道珍惜了— ThreadLocal

回到最初，多个线程访问共享变量，导致线程不安全的问题发生了，可见这个共享变量少，如果多的话，不就没问题了么，就像共享单车，大街上满地都是。每一个线程访问修改共享变量时，拷贝一份到本地，也就意味着，每一个线程都有自己的一套共享变量，是不是可以通过一个map集合来存储 ，
线程名作为key，线程本地的共享变量作为 value 值。每一个线程都有自己的共享变量数据，各自修改各自的，互不影响。具体我们会拿出一篇博客讲解。

我抢到了就加一把锁 — Lock

我们可以通过锁的方式，如果共享单车的数量还是很少，共享资源有限，当我抢到共享资源以后，给共享资源加锁，（不要给共享单车加锁，这里只是讲例子）等不不使用了就释放锁。获取资源前先获取锁，操作结束后释放锁。

class X {
  private final Lock rtl = new ReentrantLock();
  int count;
  public void incream() {
    // 获取锁
    rtl.lock();  
    try {
      count+=1;
    } finally {
      // 释放锁
      rtl.unlock();
    }
  }
}

即使被伤害，世界也要充满爱！—乐观锁

共享变量少，线程多，所以受伤害。如果线程数目少呢，受伤害的概率就变得越来越小，当单线程的时候，也就不存在伤害了。通过锁可以解决线程安全问题，但是每次获取锁和释放锁都需要花费很大的资源，于是CAS 出现了，CAS（Compare And Swap），比较并交换，是乐观锁的一种实现。它适用于并发量较小的情况。乐观锁认为每一次操作大概率不存在线程并发的情况，操作时无需加锁，而是对数据进行版本比较，就像git 和svn 一样，每次push 的时候，都需要检查自己更新前的版本是否和目前版本是否一致，一致才可以推送数据。

此时会后一个ABA问题，例如某一个变量的值为A，某一个线程修改变成了B，后来又被其它线程改回了A，此时的A虽然和以前的A没有任何差别，但是版本号已经不再是原来的版本号。只要数据被修改，版本号就加一。