如果多线程下使用这个类,不过多线程如何使用和调度这个类,这个类总是表示出正确的行为,这个类就是线程安全的;不做正确的同步,在多个线程之间共享状态的时候,就会出现线程不安全;
类的线程安全表现为:
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操作的原子性
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内存的可见性
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栈封闭
所有的变量都是在方法内部声明的,这些变量都处于栈封闭状态;
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无状态
没有任何成员变量的类
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加
final
关键字,所有的成员变量应该是私有的,同样的只要有可能,所有的成员变量应该加上final
关键字,但是加上final
public class FinalRef { private final int a; private final int b; private final User user;//这里不能保证线程安全啦 public FinalRef(int a, int b) { this.a = a; this.b = b; this.user = new User(); } public int getA() { return a; } public int getB() { return b; } public User getUser() { return user; } public static class User{ private int age; public User(int age) { super(); this.age = age; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } } public static void main(String[] args) { FinalRef ref = new FinalRef(12,23); User u = ref.getUser(); //这里能修改user的值 //u.setAge(35); } }
2.不提供任何可供修改成员变量的地方,同时成员变量也不作为方法的返回值;
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volatile
volatile
可用于在多线程环境下,保证类的可见性,即一个线程修改了,别的线程能够读取到,但volatile
并不能保证原子性;
Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中;每条线程还有自己的工作内存,线程的工作内存中保存了被该线程使用到的变量的主内存副本拷贝(如果局部变量是一个引用类型,它引用的对象在Java堆中可被各个线程共享,但是引用本身在Java栈的局部变量表中,它是线程私有的),线程对变量的所有操作(读取,赋值等)都必须在工作内存中进行,而不能直接读写主内存的变量;不同的线程之间也无法直接访问工作内存中的变量,线程间变量的值传递均需要通过主内存完成;
public class RunThread extends Thread { private boolean isRunning = true; public boolean isRunning() { return isRunning; } public void setRunning(boolean running) { isRunning = running; } @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入run"); while (isRunning) { } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 线程停止"); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { RunThread thread = new RunThread(); thread.start(); Thread.sleep(1000); thread.setRunning(false); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 已经赋值false"); } }
变量isRunning存在于公共堆栈和线程私有堆栈中(这里的公共堆栈指的是主内存,线程的私有堆栈指的是线程的工作内存),程序运行后一直在线程的私有堆栈中取得isRunning的值为true,虽然在主线程中执行thread.setRunning(false),更新的是公共堆栈的isRunning变量,线程间对于变量的修改是无感知的,操作的是两块内存地址的数据,如下图:
如果将上面的休眠注释掉,程序运行结果可能会正常结束,thread.setRunning(false)操作执行完成,isRunning为false的值能被另外的线程读取;
当一个变量被volatile
修饰后,它将具备两种特性,第一是保证此变量对所有线程的可见性,这里的可见性是指当一个线程修改了这个变量的值,新值对于其他线程来说是可以立即得知的;而普通变量不能做到这一点,普通变量的值在线程间传递均需要通过主内存来完成,例如线程A修改一个普通变量的值,然后往主内存进行回写,另外一条线程B在线程A回写完成后再从主内存进行读取操作,读取至B线程的工作内存,新变量才会对线程B可见;
使用volatile
关键字,可以强制从主内存(公共内存)中读取变量的值,绕过了线程的工作内存,如下图:
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使用原子操作类,synchronized,Lock锁
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LockSupport定义一组的公共静态方法,这些方法提供了最基本的线程阻塞和唤醒功能;
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方法名称 | 描述 |
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void park() | 阻塞当前线程,如果调用unpark(Thread thread)方法或当前线程,才能从park()方法返回 |
void parkNanos() | 阻塞当前线程,最长不超过nanos纳秒,返回条件在park()的基础上增加了超时返回 |
void parkUntil(long deadline) | 阻塞当前线程,直到deadline时间(从1970年开始到deadline时间的毫秒数) |
void unpark(Thread thread) | 唤醒处于阻塞状态的thread |
注意:阻塞状态时线程阻塞在进入synchronized关键字修饰方法或代码块(获取锁)时的状态,但是阻塞在java.concurrent包中Lock接口的线程状态却是等待状态,因为 java.concurrent包中的Lock接口对于阻塞的实现均使用LockSupport类中的相关方法
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Condition接口
任意一个Java对象,都拥有一组监视器(定义在java.lang.Object类),主要包括wait(),wiat(long timeout),notify()以及notifyAll()方法,这些方法与synchronized同步关键字配合,可以实现等待/通知模式;Condition接口也提供了类似Object的监视器方法,与Lock配合可以实现等待/通知模式;
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Object的监视器方法与Condition接口的对比
Condition的(部分)方法以及描述
方法名称 | 描述 |
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void await() throws InterruptedException | 当前线程进入等待状态直到被通知(signal)或中断,当前线程进入运行状态且从await()方法返回的情况,包括:其他线程调用该Condition的signal()或signalAll()方法,而当前线程被选中唤醒;其他线程(调用interrupt()方法)中断当前线程;如果当前等待线程从await()方法返回,那么表面该线程已经获取了Condition对象所对应的锁 |
void awaitUninterruptibly() | 当前线程进入等待状态直到被通知,从方法名称上可以看出该方法对中断不敏感; |
long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException | 当前线程进入等待状态直到被通知,中断或超时;返回值表示剩余时间,如果在nancosTimeout纳秒之前被唤醒,那么返回值就是(nanosTimeout - 实际耗时);如果返回值是0或负数,那么可以肯定已经超时 |
boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException | 当前线程进入等待状态直到被通知,中断或到某个时间;如果没有到指定时间就被通知,方法返回true,否则,表示到了指定时间,方法返回false |
void signal() | 唤醒一个等待在Condtion上的线程,该线程从等待方法返回前必须获得与Condition相关联得锁 |
void signalAll() | 唤醒所有等待在Condition上得线程,该线程从等待方法返回前必须获得与Condition相关联得锁 |
使用线程本地变量
Servlet不是线程安全类,如需共享资源,会出现线程不安全;Servlet的生命周期是接收到请求,创建一个Servlet,返回一个应答时,销毁Servlet,都是由一个线程负责的;
- 死锁
死锁是指两个或两个以上的线程在执行过程中,由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁,这些永远在互相等待的进程称为死锁;
当资源多于1个,同时小于等于竞争的线程数;获取锁的顺序不一致会导致死锁;当资源只有一个,只会产生激烈的竞争;解决方法:jstack 查看应用的锁的持有情况;保证加锁的顺序性;
动态顺序死锁,在实现时按照某种顺序加锁了,但是因为外部调用的问题,导致无法保证加锁顺序而产生的;解决: 通过内在排序,保证加锁的顺序性;也可以通过尝试拿锁;
- 活锁
活锁指的是任务或者执行者没有被阻塞,由于某些条件没有满足,导致一直重复尝试—失败—尝试—失败的过程;处于活锁的实体是在不断的改变状态,活锁有可能自行解开;如下例子:
/** *类说明:不会产生死锁的安全转账方法,尝试拿锁 */ public class SafeOperate implements ITransfer { @Override public void transfer(UserAccount from, UserAccount to, int amount) throws InterruptedException { Random r = new Random(); while(true) { if(from.getLock().tryLock()) { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() +" get "+from.getName()); if(to.getLock().tryLock()) { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() +" get "+to.getName()); //两把锁都拿到了 from.flyMoney(amount); to.addMoney(amount); break; }finally { to.getLock().unlock(); } } }finally { from.getLock().unlock(); } } //错开线程拿锁的时间 //Thread.sleep(r.nextInt(10)); } } }
上面的线程休眠是用于错开线程拿锁的时间,休眠看起来会耗费时间,但效率会得到提高,能够减少出现重复尝试——失败的次数;