线程的安全性

女爷i 2024-03-30 15:47 77阅读 0赞

一.问题引入

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当我们在一个线程中执行两次increase方法时，理应得到的结果应该是count的最终结果为100000，但当我们在两个不同的线程中执行的时候，却发现结果让我们大失所望。

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我们惊奇的发现最终结果与预期结果大相庭径，我们称这种现象为线程不安全现象（同样的代码在多环境下运行的结果与但环境下不同）

二.我们去思考其原因：

1.  线程的原子性：

我们都知道，一句代码执行的指令并不单单为一条，拿对数据的修改操作而言，就可分为load（加载变量）、add（修改数据）、store（恢复修改的数据）这样三条指令，如果保持了线程的原子性，应该是这三条指令正常执行，如下图：

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但是如果存在这种情况呢？

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这就导致了我们上述情况出现的原因：没有保持代码执行的原子性

1.  线程的执行方式：抢占式执行，由于线程的抢占式执行，导致不同线程代码运行过程中存在很多不确定性，这也是导致线程不安全的原因之一

1.  内存的可见性，如下图：当我们操作的数据被不同线程读取时，在每个线程的每部执行了对该数据进行的任何操作对另外的线程都是不可见的，直到最终对数据修改结束放回主内存时，才会显示最终的执行结果，这样导致了线程的不安全性

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而既然讲到线程的工作内存，我们不妨说一下JMM（java Memory Model）java内存模型

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在JMM中，存在三个储存数据的地方：外存（磁盘等）、内存以及寄存器

由于cpu需要进行高频的io操作，而在高频次的io操作中我们会进行保存和调取很多数据，为了保证数据传递的及时性，这就对时间效率有很高的的要求，所以我们对操作过一次的数据，开发cpu的大佬就认为其为高频数据，也就将其储存在寄存器中，而由于寄存器的储存空间小（64B），则不同层级的缓存应运而生。

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寄存器在线程中我们可以理解为不同工作内存，JMM存在以下规定：

①不同线程不能直接操作主内存中的共享数据

②如果想要对共享数据进行操作，就需要先将共享数据拷贝到自己的工作内存，在自己工作内存中完成操作之后，再将主内存中的数据进行更新

③不同线程不能相互通信，保持线程的隔离性

④如果线程之间想要实现线程通信，这叫内存可见性

1.  不同线程对同一个数据进行修改操作：当不同线程对同一个数据进行修改操作，由于抢占式执行等不同的原因，则导致了线程的不安全性

1.  指令重排序：

由于部分编程人员的代码效率较低，为了提高执行效率，有时许多代码会被强制进行重排序，包括：java层面的重排序、jvm->c++层面的重排序、系统层面的重排序，而能够进行重排序的前提有两个方面：①保证结果的正确性②重排序的操作在逻辑上互不影响

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三.线程不安全的解决措施：

上锁！！！！！！！！！！！！！！！

锁的概念：线程A对数据进行操作时，会进行上锁操作，如果其他线程也相对该数据进行操作，必须等A线程解锁，如果不解锁，其他线程必须阻塞等待，也就是block状态

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1.  线程的抢占式执行：cpu调度方式的问题，我们无法解决

1.  多个线程对同一个数据进行修改操作：业务要求，我们仍然无法解决

1.  原子性：既然是代码的原子性遭到破坏导致了线程不安全性，那么我们应该去想办法保持线程的原子性：synchronized加锁！

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也就是说只有t1完成了对数据的修改操作后t2才能对其进行操作，这也就保证了原子性

1.  内存的可见性：可见性可以理解为是在某一个线程在主内存中读取了错误的数据，进而导致了结果的错误：而我们同样进行上锁，一旦上锁，如果上一个线程对这个操作没有完成，下一个线程在没有获得锁的情况下，不允许对数据进行查看，这也就避免了错误数据的读取。

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1.  代码的有序性（重排序）：上锁的操作没有改变重排序的操作，但是通过改变上面两种方式，我们已经解决了大部分的线程安全问题！

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