三種方式修復“多個線程訪問同一個可變的狀態變量時沒有使用合適的同步”：
- 不在線程之間共享該狀態變量
- 將狀態變量修改爲不可變的變量
- 在訪問狀態變量時使用同步
什麼是線程安全性
- 線程安全類： 當多個線程訪問某個類時，不管運行時環境採用何種調度方式或者這些線程將如何交替執行，並且在主調代碼中不需要任何額外的同步或協同，這個類都能表現出正確的行爲。
- 在線程安全類中封裝了必要的同步機制，因此客戶端無須進一步採取同步措施。
- 無狀態（既不包含任何域，又不包含任何對其他類中域的引用）對象一定是線程安全的。
原子性
- 原子性：一組語句作爲一個不可分割的單元被執行。
- 競態條件（race condition）：某個計算的正確性取決於多個線程的交替執行時序。最常見的競態條件類型就是“先檢查後執行”操作，通過一個可能失效的觀測結果來決定下一步的動作。
- 要避免競態條件問題，就必須在某個線程修改該變量時，通過某種方式防止其它線程使用這個變量。
- 複合操作：包含了一組必須以原子方式執行的操作以確保線程安全性，如“先檢查後執行”或“讀取-修改-寫入”。
- 應儘可能地使用現有的線程安全對象來管理類的狀態。
加鎖機制
public class UnsafeCachingFactorizer implements Servlet {
private final AtomicReference<BigInteger> lastNumber = new AtomicReference<>();
private final AtomicReference<BigInteger[]> lastFactors = new AtomicReference<>();
public void service(ServletRequest req, ServletResponse resp) {
BigInteger i = extractFromRequest(req);
if (i.equals(lastNumber.get()))
encodeIntoResponse(resp, lastFactors.get());
else {
BigInteger[] factors = factor(i);
lastNumber.set(i); // 此時其它線程可能會讀取lastNumber和lastFactors，出現lastNumber和lastFactors不對等的情況。
lastFactors.set(factors);
encodeIntoResponse(resp, factors);
}
}
}
- 要保持狀態的一致性，就需要在單個原子操作中更新所有相關的狀態變量。
- 以synchronized來修飾的方法就是一種橫跨整個方法體的同步代碼塊，以方法調用所在的對象爲鎖，線程進入同步代碼塊後會自動獲得鎖，並在退出（正常退出或拋出異常）時自動釋放鎖。
- 內置鎖（監視器鎖）：每個Java對象都可以用做一個實現同步的鎖。內置鎖相當於一種互斥體，最多隻有一個線程能持有這種鎖。
- 重入：爲每個鎖關聯一個獲取計數值和一個所有者線程。當計數值爲0時，這個鎖就被認爲是沒有被任何線程持有，當線程請求一個未被持有的鎖時，JVM將記下鎖的持有者並且將獲取計數值置爲1。如果同一線程再次獲取這個鎖，計數值將遞增，當線程退出同步代碼塊時，計數器將遞減。當計數值爲0是，這個鎖將被釋放。
public class Widget {
public synchronized void doSomething() {
}
}
public class LoggingWidget extends Widget {
public synchronized void doSomething() { // 獲取LoggingWidget類的某對象的鎖。
System.out.println(toString() + ":calling doSomething");
super.doSomething(); // synchronized方法，需要再次獲取LoggingWidget類的該對象的鎖，如果內置鎖不是可重入的那麼會一直等待，發生死鎖。
}
}
用鎖來保護狀態
- 對於可能被多個線程同時訪問的可變狀態變量，在訪問它時都需要持有同一個鎖。
- 每個共享和可變的變量都應該只由一個鎖來保護，只有被多個線程同時訪問的可變數據才需要通過鎖來保護。
- 在不變性條件中的每個變量都必須由同一個鎖來保護。
- 不加區別的濫用synchronized不足以保證複合操作是原子的，還可能導致活躍性問題或性能問題。
活躍性與性能
public class CachedFactorizer implements Servlet {
@GuardeBy("this") private BigInteger lastNumber;
@GuardeBy("this") private BigInteger[] lastFactors;
@GuardeBy("this") private long hits;
@GuardeBy("this") private long cacheHits;
public synchronized long getHits() {return hits;}
public synchronized double getCacheHitRatio() {return (double) cacheHits / (double) hits;}
public void service(ServletRequest req, ServletResponse resp) {
BigInteger i = extractFromRequest(req);
BigInteger[] factors = null;
synchronized (this) {
++hits;
if (i.equals(lastNumber)) {
++cacheHits;
factors = lastFactors.clone();
}
}
if (factors == null) {
factors = factor(i); // 當執行時間較長的計算時，不要持有鎖。
synchronized (this) {
lastNumber = i;
lastFactors = factors.clone();
}
}
encodeIntoResponse(resp, factors);
}
}
- 通過縮小同步代碼塊的作用範圍，可以確保併發性並維護線程安全線。將不影響共享狀態且執行時間較長的操作從同步代碼塊中分離出去。
- 獲取與釋放鎖等操作都需要一定的開銷，但是不要盲目地爲了性能而犧牲簡單性，這可能會破壞安全性。
- 當執行時間較長的計算或者可能無法快速完成的操作時，一定不要持有鎖。