java多线程编程之安全性问题.doc

java多线程编程之安全性问题 当多个线程同时访问一个可变共享变量时，尤其是有线程会修改这个变量的值，如果没有使用同步的话，就会产生安全性问题。比如，前面的那个计数器的例子，由于这个类本身不是线程安全的，它有一个共享的可变变量，当多个线程同时执行的时候，最后可能返回相同的值，这显然违背了当初的设计。 导致出现线程安全性问题主要是因为存在竞争条件。当某个计算的正确性取决于多个线程的交替执行次序时，就会发生竞争条件。最常见的竞争条件就是“先检查后执行”，即通过一个可能失效的结果来决定下一步的操作。 “先检查后执行”的一个常见例子就是延迟初始化。如果大家了解设计模式的话，应该知道单利设计模式，它采用的就是延迟初始化的思想。例如： publicclass?Singleton { privatestatic?Singleton?instance; private?Singleton(){ } public?static?Singleton getInstance(){ if(instance?==?null){ ? ? ? ? instance?=?new?Singleton(); ? ?} ? ? return ?instance; } } 在这个单例设计模式在中，getInstance方法中的那个if语句存在一个竞争条件：先判断instance是否为null，才决定要不要new Singleton。比如，当线程A看到instance为null，则new一个Singleton，由于线程的执行次序是不确定的，同时线程B也可能看到instance为null，也会new一个Singleton，结果创建了两个对象，这显然就不是单例的。 还有一个常见的例子是“读取--修改--写入”（ 例如递增一个计数器），基于对象之前的状态来定义对象状态的转换。要递增一个计数器，你必须知道它之前的值，并确保执行更新的过程中没有其他线程会使用或修改这个值。 下面介绍一下解决线程安全性问题的办法： 1、 不在线程之间共享变量 一个类是不是线程安全的主要取决于这个类的状态，而类的状态主要取决于它的成员变量。如果一个类没有成员变量，那么我们说这个类是无状态的，它肯定是线程安全的。在方法内部定义的变量都是局部变量，每个线程都有自己的一个副本，当方法执行完毕，局部变量会自动销毁，也就是说局部变量是线程独享的。因此在设计类的时候，尽量考虑使用局部变量，而不是成员变量。 2、将状态变量声明为不可变 如果一个类必须声明成员变量的话，尽量将它声明为final，因为final不允许修改，这样就能够确保线程安全性。我们称这样的类为不可变类，不可变类肯定是线程安全的。 3、使用同步 在实际应用中，一般把类声明为无状态或不可变是比较少的，大部分都是有状态的，这样就不得不使用同步。同步是一个比较广的概念，而不仅仅是用synchronized关键字这么简单。 java多线程编程之同步问题 1、原子性 我们都知道，原子一般都是不可分割的。在多线程环境中，如果能确保一个类中的所有操作都是原子性的，那么这个类肯定是线程安全的。比如，我们前面的那个计数器例子，value++是一个复合操作，它涉及到3个步骤：读取--修改--写入，首先要将值从寄存器读到内存中，然后进行修改，修改完毕再写回寄存器。这里存在一个竞争条件：必须基于之前的那个值，然后递增，如果前面的那个值已经失效了，那么肯定就有问题。 解决这个问题的一个办法是：将复合操作变为原子性。JDK 5.0以后已经添加了原子性的相关类，我们可以使用JDK提供的原子类解决这个问题，如： publicclass?Counter { private?AtomicInteger?value?=?new?AtomicInteger(0); publicint?getNext(){ ? ? ? ? return?value.incrementAndGet(); } } 在实际情况中，尽可能的使用现有的线程安全类（如AtomicInteger）来管理类的状态。 2、加锁 原子性在只有一个状态的情况下，可以实现线程安全。但是如果一个类有多个状态的时候，即使把所有的成员变量都声明为原子性的，依然不是线程安全的，这是因为多个状态之间可能会有依赖关系，而原子性只能保证单个状态的线程安全。 当一个类的状态比较多，原子性解决不了的时候，就要使用加锁的机制了。锁本身分为很多种，最常见的就是内置锁，我先介绍一下内置锁的使用，后续再详细介绍其他锁的使用。 在讲到内置锁的时候，不得不提到synchronized关键字。synchronized用来对方法或代码块进行同步，s