线程安全知识

一.什么是线程安全？

如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

　　或者说:一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题。

　　线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。

　　若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则就可能影响线程安全。

二.举例

比如一个 ArrayList 类，在添加一个元素的时候，它可能会有两步来完成：1. 在 Items[Size] 的位置存放此元素；2. 增大 Size 的值。

　　在单线程运行的情况下，如果 Size = 0，添加一个元素后，此元素在位置 0，而且 Size=1；

　　而如果是在多线程情况下，比如有两个线程，线程 A 先将元素存放在位置 0。但是此时 CPU 调度线程A暂停，线程 B 得到运行的机会。线程B也向此 ArrayList 添加元素，因为此时 Size 仍然等于 0 （注意哦，我们假设的是添加一个元素是要两个步骤哦，而线程A仅仅完成了步骤1），所以线程B也将元素存放在位置0。然后线程A和线程B都继续运行，都增加 Size 的值。

　　那好，现在我们来看看 ArrayList 的情况，元素实际上只有一个，存放在位置 0，而 Size 却等于 2。这就是“线程不安全”了。

三.线程安全性

     类要成为线程安全的，首先必须在单线程环境中有正确的行为。如果一个类实现正确(这是说它符合规格说明的另一种方式)，那么没有一种对这个类的对象的操作序列(读或者写公共字段以及调用公共方法)可以让对象处于无效状态，观察到对象处于无效状态、或者违反类的任何不可变量、前置条件或者后置条件的情况。

　　此外，一个类要成为线程安全的，在被多个线程访问时，不管运行时环境执行这些线程有什么样的时序安排或者交错，它必须仍然有如上所述的正确行为，并且在调用的代码中没有任何额外的同步。其效果就是，在所有线程看来，对于线程安全对象的操作是以固定的、全局一致的顺序发生的。

　　正确性与线程安全性之间的关系非常类似于在描述 ACID(原子性、一致性、独立性和持久性)事务时使用的一致性与独立性之间的关系：从特定线程的角度看，由不同线程所执行的对象操作是先后(虽然顺序不定)而不是并行执行的。

四.有条件的线程安全

有条件的线程安全类对于单独的操作可以是线程安全的，但是某些操作序列可能需要外部同步。条件线程安全的最常见的例子是遍历由 Hashtable 或者 Vector 或者返回的迭代器 -- 由这些类返回的 fail-fast 迭代器假定在迭代器进行遍历的时候底层集合不会有变化。为了保证其他线程不会在遍历的时候改变集合，进行迭代的线程应该确保它是独占性地访问集合以实现遍历的完整性。通常，独占性的访问是由对锁的同步保证的 -- 并且类的文档应该说明是哪个锁(通常是对象的内部监视器(intrinsic monitor))。

　　如果对一个有条件线程安全类进行记录，那么您应该不仅要记录它是有条件线程安全的，而且还要记录必须防止哪些操作序列的并发访问。用户可以合理地假设其他操作序列不需要任何额外的同步。

五.使用synchronized可以解决多线程共享数据同步问题

synchronized关键字可以作为函数的修饰符，也可作为函数内的语句，也就是平时说的同步方法和同步语句块。如果再细的分类，synchronized可作用于instance变量、object reference（对象引用）、static函数和class literals(类名称字面常量)身上。

A．无论synchronized关键字加在方法上还是对象上，它取得的锁都是对象，而不是把一段代码或函数当作锁――而且同

   步方法很可能还会被其他线程的对象访问。

B．每个对象只有一个锁（lock）与之相关联。

C．实现同步是要很大的系统开销作为代价的，甚至可能造成死锁，所以尽量避免无谓的同步控制。

假设P1、P2是同一个类的不同对象，这个类中定义了以下几种情况的同步块或同步方法，P1、P2就都可以调用它们。

1.把synchronized当作函数修饰符时，示例代码如下：

Public synchronized void methodAAA()

{

     //..........

}

这也就是同步方法，那这时synchronized锁定的是哪个对象呢？它锁定的是调用这个同步方法对象。也就是说，当一个对象P1在不同的线程中执行这个同步方法时，它们之间会形成互斥，达到同步的效果。但是这个对象所属的Class所产生的另一对象P2却可以任意调用这个被加了synchronized关键字的方法。

上边的示例代码等同于如下代码：

public void methodAAA()

{

   synchronized(this)    //(1)

   {

       //.......

   }

}

(1)处的this指的是什么呢？它指的就是调用这个方法的对象，如P1。可见同步方法实质是将synchronized作用于object

reference。――那个拿到了P1对象锁的线程，才可以调用P1的同步方法，而对P2而言，P1这个锁与它毫不相干，程序也可能在

这种情形下摆脱同步机制的控制，造成数据混乱.

对于（1）的理解：

  A）当两个并发线程访问同一个对象object中的这个synchronized(this)同步代码块时，一个时间内只能有一个线程得到

     执行。另一个线程必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。

  B）当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，其他线程对object中所有其它synchronized

     (this)同步代码块的访问将被阻塞。

  C）然而，当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，另一个线程仍然可以访问该object中的除

     synchronized(this)同步代码块以外的部分。

2.同步块，实例代码如下：

  public void method3(SomeObject so)

  {

     synchronized(so)

     {

         //........

     }

  }

这时，锁就是so这个对象，谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。当有一个明确的对象作为锁时，就可以这样写程序，但当没有明确的对象作为锁，只是想让一段代码同步时，可以创建一个特殊的instance变量（它得是一个对象）来充当锁：

class Foo implements Runnable

{

   private byte[] lock=new byte[0];  //特殊的instance变量

   public void methodA()

   {

      synchronized(lock)

      {

          //.....

      }

      //.........

   }

}

注：零长度的byte数组对象创建起来将比任何对象都经济――查看编译后的字节码：生成零长度的byte[]对象只需3条操作码，

而Object lock = new Object()则需要7行操作码。

3.将synchronized作用于static 函数，示例代码如下：

Class Foo

{

    public synchronized static void methodAAA()   //同步的static函数

    {

         //........

    }

    public void methodBBB()

    {

        synchronized(Foo.class)  //class literal（类名称字面常量)

    }

}

代码中的methodBBB()方法是把class literal作为锁的情况，它和同步的static函数产生的效果是一样的，取得的锁很特别，是当

前调用这个方法的对象所属的类（Class，而不再是由这个Class产生的某个具体对象了）。

4.synchronized关键字是不能继承的，也就是说，基类的方法synchronized f(){} 在继承类中并不自动是

synchronized f(){}，而是变成了f(){}。继承类需要你显式的指定它的某个方法为synchronized方法；