多线程学习笔记（六）线程的安全性问题

什么是线程安全性？
　　当多个线程访问某个类,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协同,这个类都能表现出正确的行为,那么就称这个类为线程安全的。----《并发编程实战》

什么是线程不安全？
多线程并发访问时，得不到正确的结果。

从字节码角度剖析线程不安全操作 （解析i++的过程）
javac -encoding UTF-8 UnsafeThread.java 编译成.class
javap -c UnsafeThread.class 进行反编译，得到相应的字节码指令

0: getstatic #2 获取指定类的静态域，并将其押入栈顶
3: iconst_1 将int型1押入栈顶
4: iadd 将栈顶两个int型相加，将结果押入栈顶
5: putstatic #2 为指定类静态域赋值
8: return

例子中，产生线程不安全问题的原因：
num++ 不是原子性操作，被拆分成好几个步骤，在多线程并发执行的情况下，因为cpu调度，多线程快递切换，有可能两个同一时刻都读取了同一个num值，之后对它进行+1操作，导致线程安全性问题。

线程安全性问题成因
1：多线程环境
2：多个线程操作同一共享资源
3：对该共享资源进行了非原子性操作

如何避免
打破成因中三点任意一点
1：多线程环境--将多线程改单线程（必要的代码，加锁访问）
2：多个线程操作同一共享资源--不共享资源（ThreadLocal、不共享、操作无状态化、不可变）
3：对该共享资源进行了非原子性操作-- 将非原子性操作改成原子性操作（加锁、使用JDK自带的原子性操作的类、JUC提供的相应的并发工具类）

什么是原子性操作
一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。
A想要从自己的帐户中转1000块钱到B的帐户里。那个从A开始转帐，到转帐结束的这一个过程，称之为一个事务。在这个事务里，要做如下操作：
1. 从A的帐户中减去1000块钱。如果A的帐户原来有3000块钱，现在就变成2000块钱了。
2. 在B的帐户里加1000块钱。如果B的帐户如果原来有2000块钱，现在则变成3000块钱了。
如果在A的帐户已经减去了1000块钱的时候，忽然发生了意外，比如停电什么的，导致转帐事务意外终止了，而此时B的帐户里还没有增加1000块钱。
那么，我们称这个操作失败了，要进行回滚。回滚就是回到事务开始之前的状态，也就是回到A的帐户还没减1000块的状态，B的帐户的原来的状态。
此时A的帐户仍然有3000块，B的帐户仍然有2000块。
通俗点讲：操作要成功一起成功、要失败大家一起失败

如何把非原子性操作变成原子性
volatile关键字仅仅保证可见性，并不保证原子性
synchronize关键字，使得操作具有原子性

深入理解synchronized
内置锁
每个java对象都可以用做一个实现同步的锁，这些锁称为内置锁。线程进入同步代码块或方法的时候会自动获得该锁，在退出同步代码块或方法时会释放该锁。获得内置锁的唯一途径就是进入这个锁的保护的同步代码块或方法。

互斥锁
内置锁是一个互斥锁，这就是意味着最多只有一个线程能够获得该锁，当线程A尝试去获得线程B持有的内置锁时，线程A必须等待或者阻塞，直到线程B释放这个锁，如果B线程不释放这个锁，那么A线程将永远等待下去。

修饰普通方法：锁住对象的实例
修饰静态方法：锁住整个类
修饰代码块： 锁住一个对象 synchronized (lock) 即synchronized后面括号里的内容

实例一：synchronized 的使用

public class SynDome {
    //修饰普通方法：锁住对象的实例
    public synchronized void  out() throws InterruptedException {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        Thread.sleep(2000L);
    }
    //修饰静态方法：锁住整个类
    public synchronized static void staOut() throws InterruptedException {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        Thread.sleep(2000L);
    }
    //修饰代码块 锁住一个对象 synchronized (lock) 即synchronized后面括号里的内容
    private  Object lock = new Object();
    public void myOut() throws InterruptedException {
        synchronized (lock){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            Thread.sleep(2000L);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        SynDome synDome = new SynDome();
        SynDome synDome1 = new SynDome();
        new Thread(()->{
            try {
                //synDome.out();
                //synDome.staOut();
                synDome.myOut();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();

        new Thread(()->{
            try {
                //synDome1.out();
                //synDome1.staOut();
                 synDome.myOut();//锁住当前对象
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}

volatile关键字及其使用场景
能且仅能修饰变量
保证该变量的可见性，volatile关键字仅仅保证可见性，并不保证原子性
禁止指令重排序

A、B两个线程同时读取volatile关键字修饰的对象
A读取之后，修改了变量的值
修改后的值，对B线程来说，是可见

使用场景
1：作为线程开关
2：单例，修饰对象实例，禁止指令重排序

单例与线程安全
饿汉式--本身线程安全，在类加载的时候，就已经进行实例化，无论之后用不用到。如果该类比较占内存，之后又没用到，就白白浪费了资源。

懒汉式 -- 最简单的写法是非线程安全的，在需要的时候再实例化

实例二：懒汉式实例

public class LazySingleton {
    private static volatile LazySingleton  lazySingleton = null; //避免指令重排序，保证你线程安全

    private LazySingleton(){

    }

    public static LazySingleton getInstance(){
        //判断LazySingleton是否已经实例化 如果没有实例化则实例化，如果已经实例化则直接返回
        if( null == lazySingleton){
            //模拟实例化时的耗时操作
            try {
                Thread.sleep(2000L);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
          //  lazySingleton = new LazySingleton();//此时是线程不安全的
            synchronized (LazySingleton.class){ //通过synchronized修饰后变成线程安全的
                if(null == lazySingleton){
                    lazySingleton = new LazySingleton();
                }
            }
        }
        return lazySingleton;
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0 ; i < 10 ; i++){
            new Thread(()->{
                System.out.println(LazySingleton.getInstance());
            }).start();
        }
    }
}

实例三：饿汉式实例化

public class HungerSingleton {
    private static HungerSingleton ourInstance = new HungerSingleton();

    public static HungerSingleton getInstance() {
        return ourInstance;
    }

    private HungerSingleton() {
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0 ; i < 10 ; i++ ){
            new Thread(()->{
                System.out.println(HungerSingleton.getInstance());
            }).start();
        }
    }
}