并发编程场景下的线程安全性（二十九）

迈不过友情╰ 2022-12-31 02:28 166阅读 0赞

今天分析并发编程场景下的线程安全性：

**什么是线程安全性**

在《 Java  并发编程实战》中，定义如下： 当多个线程访问某个类时，不管运行时环境采用何种调度方式或者这些线程 将如何交替执行，并且在调用代码中不需要任何额外的同步或者协同，这个类都 能表现出正确的行为，那么就称这个类是线程安全的。

**1、线程封闭**

实现好的并发是一件困难的事情，所以很多时候我们都想躲避并发。避免并 发最简单的方法就是线程封闭。什么是线程封闭呢？ 就是把对象封装到一个线程里，只有这一个线程能看到此对象。那么这个对 象就算不是线程安全的也不会出现任何安全问题。实现线程封闭有哪些方法呢？

**2、ad-hoc 线程封闭**

这是完全靠实现者控制的线程封闭，他的线程封闭完全靠实现者实现。 Ad-hoc 线程封闭非常脆弱，应该尽量避免使用。

**3、栈封闭**

栈封闭是我们编程当中遇到的最多的线程封闭。什么是栈封闭呢？简单的说 就是局部变量。多个线程访问一个方法，此方法中的局部变量都会被拷贝一份到 线程栈中。所以局部变量是不被多个线程所共享的，也就不会出现并发问题。所 以能用局部变量就别用全局的变量，全局变量容易引起并发问题。

**4、无状态的类**

没有任何成员变量的类，就叫无状态的类，这种类一定是线程安全的。 如果这个类的方法参数中使用了对象，也是线程安全的吗？比如：

/**
     * 无状态的类
     */
    public class StatelessClass {
    	public int service(int a,int b){
    
    	    return a+b;
        }
    
        public void serviceUser(UserVo user){
            //do sth user
        }
        
    }

当然也是，为何？因为多线程下的使用，固然 user 这个对象的实例会不正 常，但是对于 StatelessClass 这个类的对象实例来说，它并不持有 UserVo 的对象 实例，它自己并不会有问题，有问题的是 UserVo 这个类，而非 StatelessClass 本 身。

**5、让类不可变**

让状态不可变，两种方式：

1 ，加  final  关键字，对于一个类，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 ，要注意如果 成员变量又是一个对象时，这个对象所对应的类也要是不可变，才能保证整个类 是不可变的。举例：

/**
     * 类不可变
     */
    public class ImmutableClass {
        private final int a;
        private final int b;
        private final UserVo user = new UserVo();//不安全
    
    	public int getA() {
    		return a;
    	}
    
    	public UserVo getUser() {
    		return user;
    	}
    
    
    	public ImmutableClass(int a) {
    		this.a = a;
    		this.b = a;
    	}
    
    	public static class User{
        	private int age;
    
    		public int getAge() {
    			return age;
    		}
    
    		public void setAge(int age) {
    			this.age = age;
    		}
        }
    }

2、根本就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。

/**
     * 类不可变--事实不可变
     */
    public class ImmutableClassToo {
        private final List<Integer> list = new ArrayList<>(3);
    
        public ImmutableClassToo() {
            list.add(1);
            list.add(2);
            list.add(3);
        }
    
        public boolean isContain(int i){
            return list.contains(i);
        }
    }

但是要注意，一旦类的成员变量中有对象，上述的 final 关键字保证不可变 并不能保证类的安全性，为何？因为在多线程下，虽然对象的引用不可变，但是 对象在堆上的实例是有可能被多个线程同时修改的，没有正确处理的情况下，对 象实例在堆中的数据是不可预知的。这就牵涉到了如何安全的发布对象这个问题。

**6、volatile**

并不能保证类的线程安全性，只能保证类的可见性，最适合一个线程写，多个线程读的情景。

**7、加锁和**  **CAS**

我们最常使用的保证线程安全的手段，使用  **synchronized**  关键字，使用显式 锁，使用各种原子变量，修改数据时使用 CAS  机制等等。

**8、安全的发布**

类中持有的成员变量，如果是基本类型，发布出去，并没有关系，因为发布 出去的其实是这个变量的一个副本 。测试代码：

/**
     * 演示基本类型的发布
     */
    public class SafePublish {
    	private int i;
    
        public SafePublish() {
        	i = 2;
        }
    	
    	public int getI() {
    		return i;
    	}
    
    	public static void main(String[] args) {
    		SafePublish safePublish = new SafePublish();
    		int j = safePublish.getI();
    		System.out.println("before j="+j);
    		j = 3;
    		System.out.println("after j="+j);
    		System.out.println("getI = "+safePublish.getI());
    	}
    }

但是如果类中持有的成员变量是对象的引用，如果这个成员对象不是线程安 全的，通过 get 等方法发布出去，会造成这个成员对象本身持有的数据在多线程 下不正确的修改，从而造成整个类线程不安全的问题。参见如下代码 ：

/**
     * 不安全的发布
     */
    public class UnSafePublish {
    	private List<Integer> list = new ArrayList<>(3);
    	
        public UnSafePublish() {
        	list.add(1);
        	list.add(2);
        	list.add(3);
        }
    	
    	public List getList() {
    		return list;
    	}
    
    	public static void main(String[] args) {
    		UnSafePublish unSafePublish = new UnSafePublish();
    		List<Integer> list = unSafePublish.getList();
    		System.out.println(list);
    		list.add(4);
    		System.out.println(list);
    		System.out.println(unSafePublish.getList());
    	}
    }

这个 list 发布出去后，是可以被外部线程之间修改，那么在多个线程同时修 改的情况下不安全问题是肯定存在的，怎么修正这个问题呢？我们在发布这对象 出去的时候，就应该用线程安全的方式包装这个对象。参见代码 cn.enjoyedu.ch7.safeclass. SafePublishToo。我们将 list 用 Collections. *synchronizedList* 进行包装以后，无论多少线程使用这个 list，就都是线

程安全的了。如下代码定义list:

private List<Integer> list
                = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>(3));

对于我们自己使用或者声明的类，JDK 自然没有提供这种包装类的办法，但 是我们可以仿造这种模式或者委托给线程安全的类，当然，对这种通过 get 等方 法发布出去的对象，最根本的解决办法还是应该在实现上就考虑到线程安全问题，

**9、TheadLocal**

ThreadLocal  是实现线程封闭的最好方法。 ThreadLocal  内部维护了一个  Map ， Map 的  key  是每个线程的名称，而  Map  的值就是我们要封闭的对象。每个线程 中的对象都对应着 Map  中一个值，也就是  ThreadLocal  利用  Map  实现了对象的 线程封闭

**10、Servlet**  **辨析**

不是线程安全的类，为什么我们平时没感觉到：

1 、在需求上，很少有共享的需求，

2 、接收到了请求，返回应答的时候，一 般都是由一个线程来负责的。 但是只要 Servlet  中有成员变量，一旦有多线程下的写，就很容易产生线程 安全问题。

并发编程场景下的线程安全性问题今天分析了这几种情况。