Java并发编程札记-(一)基础-05线程安全问题

在多线程编程中，可能会出现多个线程访问一个资源的情况，资源可以是同一内存区（变量，数组，或对象）、系统（数据库，web services等）或文件等等。如果不对这样的访问做控制，就可能出现不可预知的结果。这就是线程安全问题，常见的情况是“丢失修改”、“不可重复读”、“读‘脏’数据”等等。

目录

1. 线程安全问题
2. 线程安全的实现

线程安全问题

上面简单介绍了什么是线程安全问题，下面具体说下什么是“丢失修改”，其他的问题有兴趣可以自己去了解。

丢失修改

两个事务T1和T2读入同一数据并修改，T2提交的结果破坏了T1提交的结果，导致T1的修改被丢失。

拿火车票订票系统举例：

1. 一号窗口读出某班次的火车票余票A，设A=1；
2. 二号窗口读出同一班次的火车票余票B，当然也为1；
3. 一号窗口判断出余票A=1>0，卖出一张火车票,修改余票A←A-1，A为0，把A写回数据库；
4. 二号窗口判断出余票B=1>0，也卖出一张火车票,修改余票B←B-1，B为-1；

余票只有一张，但最后卖出了两张火车票。在程序中，没有对两个窗口对余票的访问做控制，所以造成了这个错误。
例1：火车票订票系统-线程不安全版

public class SellTickets {    public static void main(String[] args) {        TicketsWindow tw = new TicketsWindow();        Thread t1 = new Thread(tw, "一号窗口");        Thread t2 = new Thread(tw, "二号窗口");        t1.start();        t2.start();    }}class TicketsWindow implements Runnable {    private int tickets = 1;    @Override    public void run() {        while (true) {            if (tickets > 0) {                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "还剩余票:" + tickets + "张");                tickets--;                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张火车票,还剩" + tickets + "张");            } else {                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "余票不足,暂停出售!");                try {                    Thread.sleep(1000 * 60 * 5);                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                }            }        }    }}

运行结果为

一号窗口还剩余票:1张二号窗口还剩余票:1张一号窗口卖出一张火车票,还剩0张二号窗口卖出一张火车票,还剩-1张一号窗口余票不足,暂停出售!二号窗口余票不足,暂停出售!

这明显不是我们想要的结果。

线程安全问题解决方法

上面的问题归根结底是由于两个线程访问相同的资源造成的。对于并发编程，需要采取措施防止两个线程来访问相同的资源。

一种措施是当资源被一个线程访问时，为其加锁。第一个访问资源的线程必须锁定该资源，是其他任务在资源被解锁前不能访问该资源。

基本上所有的并发模式在解决线程安全问题时，都采用“序列化访问临界资源”的方案。即在同一时刻，只能有一个线程访问临界资源，也称作同步互斥访问。通常来说，是在访问临界资源的代码前面加上一个锁，当访问完临界资源后释放锁，让其他线程继续访问。
　
在Java多线程编程当中，提供了以下几种方式来实现线程安全：

• 内部锁（Synchronized）和显式锁（Lock）。这两种方式是重量级的多线程同步机制，可能会引起上下文切换和线程调度，它同时提供内存可见性、有序性和原子性。
• volatile：轻量级多线程同步机制，不会引起上下文切换和线程调度。仅提供内存可见性、有序性保证，不提供原子性。
• CAS原子指令：轻量级多线程同步机制，不会引起上下文切换和线程调度。它同时提供内存可见性、有序性和原子化更新保证。

本文就讲到这里，想了解更多内容请参考：

• Java并发编程札记-目录

END.