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教程主要包含下面內容：

當多個線程去訪問某個類時，如果類會表現出我們預期出現的行為，那么可以稱這個類是線程安全的。

什么時候會出現線程不安全？

操作并非原子。多個線程執行某段代碼，如果這段代碼產生的結果受不同線程之間的執行時序影響，而產生非預期的結果，即發生了競態條件，就會出現線程不安全;

常見場景：

count++。它本身包含三個操作，讀取、修改、寫入，多線程時，由于線程執行的時序不同，有可能導致兩個線程執行后 count 只加了 1，而原有的目標確實希望每次執行都加 1；

單例。多個線程可能同時執行到instance == null成立，然后新建了兩個對象，而原有目標是希望這個對象永遠只有一個；

public MyObj getInstance(){if (instance == null){instance = new MyObj();}return instance}

解決方式是：當前線程在操作這段代碼時，其它線程不能對進行操作

常見方案：

單個狀態使用 java.util.concurrent.atomic 包中的一些原子變量類，注意如果是多個狀態就算每個操作是原子的，復合使用的時候并不是原子的；

加鎖。比如使用 synchronized 包圍對應代碼塊，保證多線程之間是互斥的，注意應盡可能的只包含在需要作為原子處理的代碼塊上；

synchronized 的可重入性

當線程要去獲取它自己已經持有的鎖是會成功的，這樣的鎖是可重入的，synchronized 是可重入的
class Paxi {
public synchronized void sayHello(){
System.out.println("hello");
}
}
class MyClass extends Paxi{
public synchronized void dosomething(){
System.out.println("do thing ..");
super.sayHello();
System.out.println("over");
}
}
它的輸出為
do thing ..
hello
over
復制代碼

• 修改不可見。讀線程無法感知到其它線程寫入的值

常見場景：

重排序。在沒有同步的情況下，編譯器、處理器以及運行時等都有可能對操作的執行順序進行調整，即寫的代碼順序和真正的執行順序不一樣, 導致讀到的是一個失效的值

讀取 long、double 等類型的變量。JVM 允許將一個 64 位的操作分解成兩個 32 位的操作，讀寫在不同的線程中時，可能讀到錯誤的高低位組合

常見方案：

加鎖。所有線程都能看到共享變量的最新值；

使用 Volatile 關鍵字聲明變量。只要對這個變量產生了寫操作，那么所有的讀操作都會看到這個修改;

注意：Volatile 并不能保證操作的原子性，比如count++操作同樣有風險，它僅保證讀取時返回最新的值。使用的好處在于訪問 Volatile 變量并不會執行加鎖操作，也就不會阻塞線程。

不同步的情況下如何做到線程安全？

線程封閉。即僅在單線程內訪問數據，線程封閉技術有以下幾種：

• Ad-hoc 線程封閉。即靠自己寫程序來實現，比如保證程序只在單線程上對 volatile 進行 讀取-修改-寫入
• 棧封閉。所有的操作都反生執行線程的棧中，比如在方法中的一個局部變量
• ThreadLocal 類。內部維護了每個線程和變量的一個獨立副本

只讀共享。即使用不可變的對象。

• 使用 final 去修飾字段，這樣這個字段的 “值” 是不可改變的

注意 final 如果修飾的是一個對象引用，比如 set, 它本身包含的值是可變的

• 創建一個不可變的類，來包含多個可變的數據。

class OneValue{//創建不可變對象，創建之后無法修改，事實上這里也沒有提供修改的方法private final BigInteger last;private final BigInteger[] lastfactor;public OneValue(BigInteger i,BigInteger[] lastfactor){this.last=i;this.lastfactor=Arrays.copy(lastfactor,lastfactor.length);}public BigInteger[] getF(BigInteger i){if(last==null || !last.equals(i)){return null;}else{return Arrays.copy(lastfactor,lastfactor.length)}}}class MyService {//volatile使得cache一經更改，就能被所有線程感知到private volatile OneValue cache=new OneValue(null,null); public void handle(BigInteger i){BigInteger[] lastfactor=cache.getF(i);if(lastfactor==null){lastfactor=factor(i);//每次都封裝最新的值cache=new OneValue(i,lastfactor)}nextHandle(lastfactor)}}

如何構造線程安全的類？

實例封閉。將一個對象封裝到另一個對象中，這樣能夠訪問被封裝對象的所有代碼路徑都是已知的，通過合適的加鎖策略可以確保被封裝對象的訪問是線程安全的。

java 中的 Collections.synchronizedList 使用的原理就是這樣。部分代碼為
public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list) {
return (list instanceof RandomAccess ?
new SynchronizedRandomAccessList<>(list) :
new SynchronizedList<>(list));
}
復制代碼

SynchronizedList 的實現, 注意此處用到的 mutex 是內置鎖

static class SynchronizedList<E>
extends SynchronizedCollection<E>
implements List<E> {
private static final long serialVersionUID = -7754090372962971524L;
final List<E> list;
public E get(int index) {
synchronized (mutex) {return list.get(index);}
}
public E set(int index, E element) {
synchronized (mutex) {return list.set(index, element);}
}
public void add(int index, E element) {
synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
}
public E remove(int index) {
synchronized (mutex) {return list.remove(index);}
}
}
復制代碼

mutex 的實現

static class SynchronizedCollection<E> implements Collection<E>, >Serializable {private static final long serialVersionUID = 3053995032091335093L;final Collection<E> c; // Backing Collectionfinal Object mutex; // Object on which to synchronizeSynchronizedCollection(Collection<E> c) {if (c==null)throw new NullPointerException();this.c = c;mutex = this; // mutex實際上就是對象本身}

什么是監視器模式

java 的監視器模式，將對象所有可變狀態都封裝起來，并由對象自己的內置鎖來保護, 即是一種實例封閉。比如 HashTable 就是運用的監視器模式。它的 get 操作就是用的 synchronized，內置鎖，來實現的線程安全

public synchronized V get(Object key) {Entry tab[] = table;int hash = hash(key);int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {return e.value;}}return null; }

• 內置鎖

每個對象都有內置鎖。內置鎖也稱為監視器鎖。或者可以簡稱為監視器
線程執行一個對象的用 synchronized 修飾的方法時，會自動的獲取這個對象的內置鎖，方法返回時自動釋放內置鎖，執行過程中就算拋出異常也會自動釋放。
以下兩種寫法等效:

synchronized void myMethdo(){//do something } void myMethdo(){ synchronized(this){//do somthding} } 官方文檔

• 私有鎖

public class PrivateLock{private Object mylock = new Object(); //私有鎖void myMethod(){synchronized(mylock){//do something}} }

它也可以用來保護對象，相對內置鎖，優勢在于私有鎖可以有多個，同時可以讓客戶端代碼顯示的獲取私有鎖

• 類鎖

在 staic 方法上修飾的，一個類的所有對象共用一把鎖

把線程安全性委托給線程安全的類

如果一個類中的各個組件都是線程安全的，該類是否要處理線程安全問題？

視情況而定。

只有單個組件，且它是線程安全的。

public class DVT{private final ConcurrentMap<String,Point> locations;private final Map<String,Point> unmodifiableMap;public DVT(Map<String,Point> points){locations=new ConcurrentHashMap<String,Point>(points);unmodifiableMap=Collections.unmodifiableMap(locations);}public Map<String,Point> getLocations(){return unmodifiableMap;}public Point getLocation(String id){return locations.get(id);}public void setLocation(String id,int x,int y){if(locations.replace(id,new Point(x,y))==null){throw new IllegalArgumentException("invalid "+id);}}}public class Point{public final int x,y;public Point(int x,int y){this.x=x;this.y=y;}}

線程安全性分析

• Point 類本身是無法更改的，所以它是線程安全的，DVT 返回的 Point 方法也是線程安全的
• DVT 的方法 getLocations 返回的對象是不可修改的，是線程安全的
• setLocation 實際操作的是 ConcurrentHashMap 它也是線程安全的

綜上，DVT 的安全交給了‘locations’，它本身是線程安全的，DVT 本身雖沒有任何顯示的同步，也是線程安全。這種情況下，就是 DVT 的線程安全實際是委托給了‘locations’, 整個 DVT 表現出了線程安全。

線程安全性委托給了多個狀態變量
只要多個狀態變量之間彼此獨立，組合的類并不會在其包含的多個狀態變量上增加不變性。依賴的增加則無法保證線程安全

public class NumberRange{ private final AtomicInteger lower = new AtomicInteger(0); private final AtomicInteger upper = new AtomicInteger(0);public void setLower(int i){//先檢查后執行，存在隱患if (i>upper.get(i)){throw new IllegalArgumentException('can not ..');}lower.set(i);}public void setUpper(int i){//先檢查后執行，存在隱患if(i<lower.get(i)){throw new IllegalArgumentException('can not ..');}upper.set(i);}}

setLower 和 setUpper 都是‘先檢查后執行’的操作，但是沒有足夠的加鎖機制保證操作的原子性。假設原始范圍是 (0,10), 一個線程調用 setLower(5), 一個設置 setUpper(4) 錯誤的執行時序將可能導致結果為(5,4)

如何對現有的線程安全類進行擴展？

假設需要擴展的功能為 ‘沒有就添加’。

直接修改原有的代碼。但通常沒有辦法修改源代碼

繼承。繼承原有的代碼，添加新的功能。但是同步策略保存在兩份文件中，如果底層同步策略變更，很容易出問題

組合。將類放入一個輔助類中，通過輔助類的操作代碼。比如擴展 Collections.synchronizedList。期間需要注意鎖的機制，錯誤方式為

public class ListHelper<E>{public List<E> list=Collections.synchronizedList(new ArrayList<E>());...public synchronized boolean putIfAbsent(E x){boolean absent = !list.contains(x);if(absent){list.add(x);}return absent;}}

這里的 putIfAbsent 并不能帶來線程安全，原因是 list 的內置鎖并不是 ListHelper, 也就是 putIfAbsent 相對 list 的其它方法并不是原子的。Collections.synchronizedList 是鎖在 list 本身的，正確方式為

public boolean putIfAbsent(E x){synchronized(list){boolean absent = !list.contains(x);if(absent){list.add(x);}return absent;} }

另外可以不管要操作的類是否是線程安全，對類統一添加一層額外的鎖。實現參考 Collections.synchronizedList 方法

作者：爬蜥https://juejin.im/post/5b7d68f66fb9a019d80a9002

總結

以上是生活随笔為你收集整理的hashmap为什么线程不安全_什么时候线程不安全？怎样做到线程安全？怎么扩展线程安全的类？...的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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