2.4.2-线程安全性

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2023-12-01

1.1 定义

线程安全：当多个线程访问某个类时，不管运行时环境采用何种调度方式或者这些线程将如何交替执行，并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协调，这个类都能表现出正确的行为，那么就称这个类是线程安全的。
线程不安全：如果一个类对象同时可以被多个线程访问，如果不做同步处理，可能表现出线程不安全现象（抛出异常、逻辑错误）。
1.2 原子性
1.2.1 定义
提供了互斥访问，同一时刻（时间段）只能有一个线程对它进行操作。避免脏读：数据读取过程中发生了写操作，数据发生了改变。
1.2.2 实现方法
1.2.2.1 synchronized
同一对象同时只能被 synchronized 一次。
修饰动态方法
修饰静态方法
修饰代码块，synchronized（this）{}
修饰代码块，synchronized（引用类型）{}
修饰代码块，synchronized（类.class){}
1.2.2.2 ReentrantLock
1.2.2.3 ReentrantReadWriteLock
1.2.2.4 StampedLock
1.2.2.4.1 功能
读写锁虽然实现了读和读的并发，但读写之间是冲突的。
1.2.2.4.2 使用步骤
主线程使用 new StampedLock() 方法创建 StampedLock 对象。
写前使用 stampedLock.writeLock() 方法加写锁。写锁不会阻塞 tryOptimisticRead() 方法，但会阻塞 readLock（）方法，改变 stamp。
读前使用 long stamp = s1.tryOptimisticRead() 方法获取版本号，读取数据。
确定版本号是否合法（一致），如果是则直接返回结果。

如果不是，则将乐观锁升级为悲观锁，如果对象正在被修改，则本线程挂起。读取，释放读锁，返回结果。

1.2.2.5 CAS

public final int incrementAndGet() {
      return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
  }

// var1 this
// var2 valueOffset
// var4 1
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
      // var5 变量当前值
      int var5;
      //如果变量当前值
      do {
          var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
      } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

      return var5;
  }

// 
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

if (var4 == var1.get(var1,var2)) {
  var4 = var5
  return true;
} else {
  return false;
}

1.3 可见性

1.3.1 定义

一个线程对主内存的修改可以及时被其他线程观察到，例如取款和余额查询业务。

1.3.2 实现方法

如果没有 violate ,可能当前线程看似完成了赋值操作（即运行到下一步），但数据没同步进主存。

1.4 有序性

1.4.1 定义

一个线程观察其他线程的执行，由于指令重排序的存在，该观察结果一般杂乱无序。

1.4.2 实现方法

1.4.2.1 happens-before 原则

同一线程内保证顺序性。
解锁（Lock、synchronized）操作 happened-before 加锁操作。
violate 关键字修饰的变量在逻辑上但写操作，happened-before 随后对该变量的读操作。
实现方式：内存屏障。
2. 线程安全策略
2.1 不可变对象
2.1.1 final 关键字
final 修饰的类不允许继承。
final 修饰的方法不允许重写。
final 修饰的变量在定义时必须初始化，后期不能修改，并且该变量在子类中也不能被修改，final 修饰的入参在函数中不能被修改，但 final 修饰对象的成员变量能被修改，修饰的容器内的元素能被修改。
针对引用对象，使用 final 定义对象和其成员变量保证不变性。

针对容器对象，有两种方式保证不变性：

2.2 线程封闭

2.2.1 ThreadLocal

2.2.1.1 定义

将对象封装到一个线程中，只有该线程能访问该对象。

2.2.1.2 实现步骤

public class Thread implements Runnable {
  ......
  ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
  ......

public T get() {
      Thread t = Thread.currentThread();
      ThreadLocalMap map = getMap(t);
      if (map != null) {
          ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
          if (e != null) {
              @SuppressWarnings("unchecked")
              T result = (T)e.value;
              return result;
          }
      }
      return setInitialValue();
  }

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
      return t.threadLocals;
  }

public void set(T value) {
      Thread t = Thread.currentThread();
      ThreadLocalMap map = getMap(t);
      if (map != null)
          map.set(this, value);
      else
          createMap(t, value);
  }

2.2.1.3 使用步骤

当Controller被调用时，调用RequestHolder的getId()静态方法，getId方法调用ThreadLocal对象的get方法。
定义Filter，调用RequestHolder的add方法将当前线程的id添加进ThreadLocal。
定义Interceptor，在完成请求响应后清除数据。
注入 Filter 和Interceptor。
好处：避免每次都从Request中取用户信息。
2.3 线程安全对象
2.3.1 定义
为了省略对于线程不安全类的并发访问需要进行的同步处理。
2.3.2 实现方法
2.3.2.1
StringBuilder:线程不安全。
StringBuffer:线程安全，方法使用synchronized关键字。

2.3.2.2

SimpleDateFormat:线程不安全。
DateTimeFormatter:线程安全，joda-time包。

2.3.2.3 AutomicXXX

线程安全,使用 CAS 实现。

2.4 被守护对象

2.4.1 定义

（lock、synchorized）,对于共享变量的修改和读取使用锁或同步机制。

2.4.2 实现方法

参考本文章节 1.2.2。

参考资料

Java并发编程与高并发解决方案
Java8 读写锁的改进:StampedLock
并发策略-CAS算法

2.4.2-线程安全性

1.1 定义

1.2 原子性

1.2.1 定义

1.2.2 实现方法

1.2.2.1 synchronized

1.2.2.2 ReentrantLock

1.2.2.3 ReentrantReadWriteLock

1.2.2.4 StampedLock

1.2.2.4.1 功能

1.2.2.4.2 使用步骤