線程安全性

什麼是線程安全性

        安全性實際上接近於“所見即所知”的狀態，就是在單線程和多線程中都不會被開發者不可見的因素改變其狀態。

        在線程安全類中封裝了必要的同步機制，因此客戶端不需要進一步採取同步措施。

        如果一個類沒有攜帶任何屬性，那麼它一定是線程安全的。大多數的Servlet都是線程安全的。

        狀態，說的明顯點就是對象的屬性。屬性的變化只能依靠類中能改變這些屬性的方法。

原子性

        原子操作，就是在執行某個代碼或代碼快時，對其所持有的變量，其它的線程無法訪問並修改。換句話說，原子操作的代碼或代碼塊，同一時間只能在一個線程中執行。

競態條件

        在併發線程中，由於不恰當的執行時序導致不正確的結果，這種現象成爲競態條件。常見的靜態條件例子就是count++,看似是一個原子操作，事實上它包含了三個狀態，讀取--改變--寫入，併發線程時，如果在一個線程在未執行寫入前另一個線程執行讀取，這就是競態條件。不存在競態條件的操作可以認爲是原子操作。

        競態條件最典型的模型是“先檢查，後執行”，首先，你在檢查某個狀態A，假設A爲真時，你去執行一個操作，操作完成後得到某個結果，現在問題是，你可能在執行操作過程中，A已經變成了假，因此得到的結果反而會帶來不可預料的錯誤。

        單例模式中的延遲初始化（對象在被使用時才被初始化，且只被初始化一次）會導致競態條件。比如如下代碼：

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publicclassA{

privateExampleinstance=null;

publicExamplegetInstance(){

if(instance==null)

instance=newExample();//操作時限會導致“先檢查後執行”的競態條件

returninstance;

}

}

複合操作

        多個原子操作的組合操作便構成了一個複合操作，複合操作容易帶來安全性問題，所以在count++可以替換爲原子操作的AtomicLong.incrementAndGet(1)。在java.util.concurrent.atomic包中封裝了一些原子變量類，用來執行原子操作。              

加鎖機制

內置鎖

        內置鎖（監視鎖）是互斥鎖的一種，通過持有某個對象（或者類）來使其保護的代碼快達到原子操作的目的。值得注意的是，內置鎖只能鎖代碼塊，不能鎖屬性和變量。而且鎖旗標一定是一個對象。

        被加鎖的代碼塊，只要執行完畢就會釋放鎖旗標，不管是正常執行完畢還是拋出異常中斷執行。

        鎖可以由一個對象充當，也可以由一個類的所有對象充當，如下演示了不同鎖旗標的內置鎖的實現。

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staticsynchronizedvoidmethod(){...}/*static方法加synchronized,鎖旗標是整個類，相當於*/

synchronized(Example.class)

synchronizedvoidmethod(){...}/*static方法加synchronized,鎖旗標是當前執行操作的對象，相當於*/

synchronized(Example.this)

synchronized(obj)/*最簡單的內置鎖了*/

重入

        簡單的說，重入的意思就是持有鎖的東西是線程，而非某個類的某個對象。重入的好處就是一個線程請求自己已經獲得的鎖旗標時，這個請求會成功。重入有點類似與多重加鎖，但是鎖的鑰匙只有一個。實現重入的一種方法是，爲鎖關聯一個計數器，當計數器爲0時，說明鎖旗標未被任何線程佔據，此時才能被線程請求。當被同一線程重入時，每重入一次，計數器加一，每釋放一次，計數器減一。 減到0後，釋放鎖旗標。其他線程又能請求。

        以下例子將演示在重寫父類同步方法時的重入的重要性。

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classFather{

publicsynchronizedvoidmethod(){...};

}

classSonextendsFather{

@override

publicsynchronizedvoidmethod(){

...

super.method();

};

}

         線程執行子類的method時，獲得this的鎖旗標，在執行super.method時，依然請求this的鎖旗標，如果沒有重入，那麼this的鎖旗標一直被佔據，spuer.method一直無法獲得鎖旗標，而Son的method方法永遠不會執行完畢，那麼鎖一直不會釋放，這樣就一直死鎖。      

鎖來保護狀態

        如果需要鎖來保護某個對象的狀態，那麼在每個可能使用到該對象的地方，都需要加鎖。很顯然這不實際。顯式聲明鎖的方法並不適合大型程序編寫。加鎖的恰當方式是，在對象所在的類中就對操作其狀態的方法進行加鎖。在擴展這個類時，記得在擴展方法上加鎖，否則很容易破壞類的加鎖協議。

        對於一個對象來說，每個共享和可變的變量都應該由一種鎖來保護。

        安全對象的操作可以說是安全的，但是多個安全對象的操作合在一起就不是線程安全的了。

        最後補充一下，當執行耗時操作（IO）時，千萬不要持有鎖，否則會出現糟糕的體驗。