什么是線程安全

線程安全在多線程編程時(shí)是一個(gè)比較重要的概念，我們下先來(lái)看下維基百科是如何定義這個(gè)概念的：

https://en.wikipedia.org/wiki/Thread_safety

• Thread safety is a computer programming concept applicable to multi-threaded code. Thread-safe code only manipulates shared data structures in a manner that ensures that all threads behave properly and fulfill their design specifications without unintended interaction.

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意思是說(shuō)：

線程安全是應(yīng)用于多線程代碼的一種計(jì)算機(jī)編程概念，它確保多個(gè)線程能夠按照程序的設(shè)計(jì)正確的訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

或者再貼近編程語(yǔ)言的角度一點(diǎn)來(lái)講，線程安全指的是同時(shí)最少有兩個(gè)及以上的線程操作共享的數(shù)據(jù)區(qū)域，并且至少有一個(gè)是寫操作。如果你還想不明白，可以去衛(wèi)生間觀察一下，一個(gè)廁位同時(shí)能有幾個(gè)人使用。

線程安全的級(jí)別

線程安全的級(jí)別或者粒度有三種，如下：

(1)線程安全

這種情況下其實(shí)沒(méi)有線程安全問(wèn)題，比如上面的例子中，每個(gè)人都有自己專用的衛(wèi)生間，所以不會(huì)存在競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。

(2)條件安全

條件安全，顧名思義是有條件的，所有人共用幾個(gè)衛(wèi)生間，搶到資源的就把門關(guān)上，通過(guò)門來(lái)隔離資源，后面的人就在外面等待直到里面的人出來(lái)。

(3)不安全

這種情況下連門都沒(méi)有，所以并不能很好保證資源安全，所以這種情況***不能讓同時(shí)讓多個(gè)人直接使用。

實(shí)現(xiàn)線程安全的方式

大體來(lái)說(shuō)有兩種，首先我們明白安全問(wèn)題來(lái)自于競(jìng)爭(zhēng)，沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)就不會(huì)有問(wèn)題。

方式一：

核心思路是避免共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，共享狀態(tài)。包括：

(1)使用線程local變量

(2)使用不可變對(duì)象

方式二：

核心思路是共享不可避免，需要通過(guò)條件來(lái)確保按照。包括：

(1)互斥鎖

(2)CAS原子操作

Java語(yǔ)言里面實(shí)現(xiàn)策略

這里以Java語(yǔ)言為例子，上面談到的4種方式，其實(shí)在Java里面都支持，分別對(duì)應(yīng)的解決手段為：

(1)ThreadLocal變量

(2)不可變對(duì)象有String，CopyOnWrite集合類

(3) 互斥鎖包括JDK5之前的內(nèi)置鎖synchronized和JDK5之后的Lock接口

(4) J.U.C里面Atom開(kāi)頭的類

可以看出來(lái)Java里面的處理策略還是比較多的，當(dāng)然不同的策略其實(shí)也有具體的適用場(chǎng)景，此外引入了線程安全和同步手段會(huì)對(duì)代碼的性能造成一定的影響，這一點(diǎn)需要了解。

一般來(lái)說(shuō)避免共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是能夠比較優(yōu)雅的解決并發(fā)問(wèn)題，這種程序?qū)Χ嗑€程更友好，性能也會(huì)更高。比如單機(jī)的ThreadLocal和分布式的Ator模型。這里面不存在競(jìng)爭(zhēng)。其次是不可變變量，多線程操作的都是CopyOnWrite，這也是為什么一些動(dòng)態(tài)編程語(yǔ)言如Scala里面的默認(rèn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大多數(shù)都是不可變的。不可變有不可變的好處，但缺點(diǎn)也是明顯的，如果需要頻繁對(duì)數(shù)據(jù)修改，那么會(huì)創(chuàng)建很多臨時(shí)對(duì)象和占用更多的內(nèi)存。

上面這兩種場(chǎng)景，我們一般稱為無(wú)鎖實(shí)現(xiàn)，性能很好。如果避免不了共享數(shù)據(jù)，那么接著性能比較好的就是CAS這種原子操作，這種情況下我們一般也稱是無(wú)鎖的，但其實(shí)是利用了操作系統(tǒng)的原子指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在競(jìng)爭(zhēng)不激烈的場(chǎng)景下性能比較好，一般的編程語(yǔ)言都有封裝好的工具類。如果競(jìng)爭(zhēng)激烈，其實(shí)性能未必比使用互斥鎖高。互斥鎖一般也稱重量級(jí)鎖，需要OS干涉線程的調(diào)度，適合用于競(jìng)爭(zhēng)激烈的場(chǎng)景下，這種方式下線程上下文的交換會(huì)降級(jí)系統(tǒng)的性能，在使用時(shí)需要注意。

線程并發(fā)技能圖譜

多線程編程領(lǐng)域其實(shí)涉及很多計(jì)算機(jī)知識(shí)，線程安全只是其中的冰山一角，作為一名技術(shù)人員我們有必要系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和攻破并發(fā)編程這一塊，很多人覺(jué)得并發(fā)編程很難，其實(shí)是沒(méi)有掌握系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法，在這里我放出我之前總結(jié)并發(fā)知識(shí)的一張圖譜，供大家參考學(xué)習(xí)：

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總結(jié)

本文主要介紹了什么是線程安全，及實(shí)現(xiàn)線程安全的一些手段，并結(jié)合Java語(yǔ)言描述了相關(guān)的知識(shí)，***又總結(jié)了Java里面并發(fā)學(xué)習(xí)的知識(shí)圖譜，只要把里面所有的內(nèi)容都了解掌握，那么在多線程領(lǐng)域就可以從青銅升級(jí)到王者段位了，不過(guò)學(xué)習(xí)之路，學(xué)無(wú)止境，不能急功近利，一定得重基礎(chǔ)，然后循序漸近，日拱一卒，就算慢點(diǎn)也無(wú)妨，堅(jiān)持下去，肯定有所收獲。