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【JavaEE】多线程（线程安全问题）

news 2025/8/21 8:07:05

有些代码在单个线程环境下执行正确，如果同样的代码在多个线程下同时执行可能就会出现问题，这个就是线程安全问题（或者称线程不安全问题），简而言之就是：线程安全问题是由于多线程出现的问题，原因是在多线程条件下存在数据共享。

线程安全问题

1. 观察线程不安全

下面这个例子是两个线程同时对一个变量进行自增50000次，正常情况下如果我们对一个变量自增两次五万次，结果应该是十万，但下图的结果却是其他数字，这种实际情况与预期不符的现象就是线程不安全。相反如果我们改变一些顺序就可以出现预期的结果了，只是两个线程不再是同时执行。

在这之前需要了解一个知识点，站在cpu的角度看count++，它其实是分成三步的（第一步：load 把数据从内存读到cpu上；第二步：add 把寄存器中的数据加1；第三步：save 把寄存器中的数据保存到内存中）

2. 出现线程不安全的原因

2.1 操作系统对线程的调度是随机的

什么是调度顺序？每一步的执行顺序。

t1可能先执行load、add、save，然后再是t2的 load 、add、save；也可能是 t1 可能先执行load、add，然后是t2的 load 、add、save，最后是 t1 的save等等很多情况

为什么调度顺序不一样产生的结果不一样呢？我们再进行深度剖析。挑选一个同时的调度顺序进行展开叙述：每个线程都有自己的cpu，方块代表内存，椭圆代表cpu；

以下这个是一个线程一个线程执行的，先进行t1再进行t2的情况，最终的结果是2，结果这个没有问题（这里每个线程我只进行一次自增，剩下的自增结果是类似的）

接着下面这个调度顺序是两个线程同时进行出现不同的结果，同样是自增一次，最后内存结果确实1，这就是调度顺序引起的线程不安全

2.2 多个线程修改同一个变量

t1和t2同时对count进行修改自增也引起了线程不安全，如果是一个一个执行就不存在线程安全问题（看上图）。

2.3 修改操作不是原子的

也因为自增是分成三步的导致调度顺序不同，产生的结果不同。

2.4 内存可见性

2.5 指令重排性

3. 解决线程不安全

想要解决线程安全问题，就需要从以上原因入手。线程调度随机是由系统解决的这个无法改变；同时修改一个变量有时可以通过调换代码顺序进行解决，有些情况下不可以；操作不是原子可以通过加锁实现（给每一个步骤都加锁变成原子），剩下的内存可见性和指令重排序在这个代码中不存在，另外讨论。

加锁（synchronized）

在已经加锁的状态下，另一个线程尝试同样加这个锁，就会产生锁冲突（也叫锁竞争），后面那个线程就会阻塞，直到前面那个线程解锁。

将上面代码进行加锁得到以下代码。

接着进行深度的理解每一步的过程

等待中也就意味着阻塞，然而阻塞也就避免了每个线程的三步进行"串行"，于是线程安全问题也就解决掉了。

synchronized不仅可以修饰代码块，还可以修饰实例方法和静态方法，下面是实例方法

public class Demo02 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Counter counter = new Counter();Thread t1 = new Thread(()->{for (int i = 0; i < 50000; i++) {counter.insert();}});Thread t2 = new Thread(()->{for (int i = 0; i < 50000; i++) {counter.insert();}});t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println("counter.count:"+counter.count);}
}
class Counter{public int count ;//方法1：
//    synchronized public void insert(){ //修饰实例方法
//        count++;
//    }//上面这中写法等价于下面这种，方法二：public void insert(){synchronized(this){count++;}}
}

静态方法