【线程】Java线程(2)-线程安全概述

1、线程安全

        当一个进程内存在多线程的时候，就需要考虑线程对同一个公共变量操作的问题。我们预期的结果是，多线程和单线程对变量操作的结果是一样的，事实上并非如此。多线程共享进程在堆中分配的资源，并且通过线程切换来操作变量。
       假如目前有两个线程，一个对变量做加1操作，一个对变量做减1操作。
       如果线程执行过程中是串行的，并且互不干扰的，那么变量最后的结果应该是不变的，事实上并非如此。
供线程调用的操作类ModifyNum.Java

public class ModifyNum {private int totalNum;public ModifyNum(int tatalNum) {super();this.totalNum = tatalNum;}public void addNum(){for (int i = 0; i < 5; i++) {totalNum++;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-当前数量值为:"+totalNum);}}public void delNum(){for (int i = 0; i < 5; i++) {totalNum--;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-当前数量值为:"+totalNum);}}}

具体测试类Main.Java

public class Main {public static void main(String[] args) {final ModifyNum modifyNum = new ModifyNum(10);new Thread("add"){public void run(){modifyNum.addNum();}}.start();new Thread("del"){public void run(){modifyNum.delNum();}}.start();}}

可能的输出如下：

add-当前数量值为:11add-当前数量值为:12add-当前数量值为:13del-当前数量值为:12add-当前数量值为:13del-当前数量值为:12add-当前数量值为:13del-当前数量值为:12del-当前数量值为:11del-当前数量值为:10

        两个线程同时去操作同一个变量，就会出现线程不安全的情况。最实际的例子是，两个人同时对一个银行账户做操作，线程1发现A正在存钱，线程2发现B正在取钱，都对原始值进行改变，最后的结果有可能是原始值+存的钱，或者是原始值-取的钱。
ModifyNum.Java

public class ModifyNum {private int totalNum;public ModifyNum(int tatalNum) {super();this.totalNum = tatalNum;}public void addNum(){totalNum += 100;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-当前数量值为:"+totalNum);}public void delNum(){totalNum -= 500;System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-当前数量值为:"+totalNum);}}

具体测试类Main.Java

public class Main {public static void main(String[] args) {final ModifyNum modifyNum = new ModifyNum(1000);new Thread("add"){public void run(){modifyNum.addNum();}}.start();new Thread("del"){public void run(){modifyNum.delNum();}}.start();}}

可能的输出

del-当前数量值为:500add-当前数量值为:600

2、为什么会有线程安全问题

        Java内存模型中规定了所有的变量都存储在主内存中，每个线程还有自己的工作内存，线程的工作内存中保存了该线程使用到的变量到主内存副本拷贝，线程对变量的所有操作（读取、赋值）都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量。不同线程之间无法直接访问对方工作内存中的变量。
        简单来说，每一个线程去修改主内存中的变量，都需要经过三个步骤：
        1)、从主内存读出数据拷贝到工作内存，也就是线程自己的内存;
        2)、对变量做操作;
        3)、从工作内存写回到主内存;
        这样，不同的线程读到的是同一个变量，都同时处理，写回到主内存，最后就会造成结果不一致，也就是所谓的线程安全问题。

3、篇外(关于主内存和工作内存)

        这里所讲的主内存和工作内存和Java内存区域中的Java堆、栈、方法区等不是同一个层次的内存划分，这两者基本上是没有关系的。如果两者一定要勉强对应起来，那从变量、主内存、工作内存的定义来看，主内存主要对应于Java堆中的对象实例数据部分，而工作内存则对应于虚拟机栈中的部分区域。从更低层次上来说，主内存就直接对应于物理硬件的内存，而为了获取更好的运行速度，虚拟机(甚至是硬件系统本身的优化措施)可能会让工作内存优先存储于寄存器和告诉缓存中，因为程序运行时主要访问读写是工作内存。
        处理器、高速缓存、主内存间的交互关系
        
        线程、主内存、工作内存的交互关系
        

【参考】
 1、深入理解Java虚拟机(JVM高级特性与最佳实践) 周志明著