知识树——线程安全

1 线程安全的定义

当多个线程访问某个类时，这个类始终都能表现出正确的行为，那么就称这个类是线程安全的。

 

2 使用和共享对象时保证线程安全的方法

 

2.1 同步锁

 

2.1.1 synchronized

 

2.1.2 ReentrantLock

增加了一些高级功能，如：等待可中断、可实现公平锁，锁可以绑定多个条件。

 

2.2 乐观锁

CAS

 

2.3 线程封闭

线程封闭的对象只能由一个线程拥有，对象被封闭在该线程中，并且只能由这个线程修改。

 

2.3.1 栈封闭

只通过局部变量访问对象。

 

2.3.2 ThreadLocal类

推荐方法。其核心类是ThreadLocalMap（一个自定义hash map，但并非继承HashMap），Thread的成员变量，key为ThreadLocal。

 

2.4 只读共享

可以由多个线程并发访问，但任何线程都不能修改它。

 

2.4.1 不可变对象

1. 将类和所有状态变量设为final。
2. 对象是正确创建的（创建期间this引用没有逸出）。
3. 不提供修改状态变量的方法，且暴露状态变量时只暴露状态变量的拷贝。 

 

2.4.2 事实不可变对象

技术上可变，业务上不变。必须通过安全方式发布。

 

2.5 线程安全共享

在对象内部实现同步。

 

3 安全发布对象的方法

注：不可变对象可通过任何机制发布

 

3.1 在静态初始化函数中初始化一个对象引用

静态初始化器由JVM在类的初始化阶段执行，内部存在着同步机制。

 

3.2 将对象的引用保存到volatile类型的域或者AtomicReferance对象中

 

3.2.1 volatile特性

• 可见性：对一个 volatile 变量的读，总是能看到（任意线程）对这个 volatile变量最后的写入。
• 原子性：对任意单个 volatile 变量的读/写具有原子性，但类似于 volatile++这种复合操作不具有原子性。

 

3.2.2 AtomicReferance

 

3.3 将对象的引用保存到某个正确构造对象的final类型域中

对于final域，编译器和处理器要遵守两个重排序规则：

1. 在构造函数内对一个final域的写入，与随后把这个被构造对象的引用赋值给一个引用变量，这两个操作之间不能重排序。

2. 初次读一个包含final域的对象的引用，与随后初次读这个final域，这两个操作之间不能重排序。

3.4 将对象的引用保存到一个由锁保护的域中

如：Hashtable、ConcurrentMap、BlockingQueue等容器中。

 

4 什么是JMM

Java内存模型(JMM)规定了JVM必须遵循一组最小保证，这组保证规定了对变量的写入操作在何时将对其他线程可见。

 

4.1 Happens-Before规则

 

4.1.1 程序顺序规则

若程序中操作A在操作B之前，则线程中操作A在操作B之前执行。

 

4.1.2 监视器锁规则

在同一监视器锁上的解锁操作必须在加锁操作之前执行。

 

4.1.3 volatile变量规则

对volatile变量的写操作必须在读操作之前执行。

StoreStore  volatile写 StoreLoad

volatile读 LoadLoad LoadStore

 

4.1.4 线程启动规则

Thread.start必须在线程中执行的操作之前被调用。

 

4.1.5 线程关闭规则

线程中的任何操作必须在其他线程检测到该线程结束之前执行，或者从Thread.join中返回，或调用Threas.isAlive返回false。

 

4.1.6 中断规则

当一个线程在另一个线程上调用interrupt时，必须在被中断线程检测到interrupt调用之前执行。

 

4.1.7 终结器规则

对象的构造函数必须在启动该对象的终结器之前执行完成。

 

4.1.8 传递性

如果操作A在操作B之前执行，操作B在操作C之前执行，则操作A必须在操作C之前执行。

 

5 防止死锁

 

5.1 锁顺序

 

5.2 开放调用

在不持有锁的情况下调用外部方法。

 

5.3 tryLock

支持定时的锁