線程安全問題的 3 種解決方案！
作者 | 磊哥
來源 | Java面試真題解析（ID：aimianshi666）
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線程安全是指某個(gè)方法或某段代碼，在多線程中能夠正確的執(zhí)行，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致或數(shù)據(jù)污染的情況，我們把這樣的程序稱之為線程安全的，反之則為非線程安全的。在 Java 中，解決線程安全問題有以下 3 種手段：
使用線程安全類，比如 AtomicInteger。 加鎖排隊(duì)執(zhí)行 使用 synchronized 加鎖。 使用 ReentrantLock 加鎖。 使用線程本地變量 ThreadLocal。
接下來我們逐個(gè)來看它們的實(shí)現(xiàn)。
線程安全問題演示
我們創(chuàng)建一個(gè)變量 number 等于 0，之后創(chuàng)建線程 1，執(zhí)行 100 萬次 ++ 操作，同時(shí)再創(chuàng)建線程 2 執(zhí)行 100 萬次 -- 操作，等線程 1 和線程 2 都執(zhí)行完之后，打印 number 變量的值，如果打印的結(jié)果為 0，則說明是線程安全的，否則則為非線程安全的，示例代碼如下：
public?class?ThreadSafeTest?{
????//?全局變量
????private?static?int?number?=?0;
????//?循環(huán)次數(shù)(100W)
????private?static?final?int?COUNT?=?1_000_000;
????public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{
????????//?線程1：執(zhí)行 100W 次?++?操作
????????Thread?t1?=?new?Thread(()?->?{
????????????for?(int?i?=?0;?i?????????????????number++;
????????????}
????????});
????????t1.start();
????????//?線程2：執(zhí)行 100W 次?--?操作
????????Thread?t2?=?new?Thread(()?->?{
????????????for?(int?i?=?0;?i?????????????????number--;
????????????}
????????});
????????t2.start();
????????//?等待線程?1?和線程?2，執(zhí)行完，打印?number?最終的結(jié)果
????????t1.join();
????????t2.join();
????????System.out.println("number 最終結(jié)果："?+?number);
????}
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果如下圖所示：
從上述執(zhí)行結(jié)果可以看出，number 變量最終的結(jié)果并不是 0，和預(yù)期的正確結(jié)果不相符，這就是多線程中的線程安全問題。
解決線程安全問題
1.原子類AtomicInteger
AtomicInteger 是線程安全的類，使用它可以將 ++ 操作和 -- 操作，變成一個(gè)原子性操作，這樣就能解決非線程安全的問題了，如下代碼所示：
import?java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public?class?AtomicIntegerExample?{
????//?創(chuàng)建?AtomicInteger
????private?static?AtomicInteger?number?=?new?AtomicInteger(0);
????//?循環(huán)次數(shù)
????private?static?final?int?COUNT?=?1_000_000;
????public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{
????????//?線程1：執(zhí)行 100W 次?++?操作
????????Thread?t1?=?new?Thread(()?->?{
????????????for?(int?i?=?0;?i?????????????????//?++?操作
????????????????number.incrementAndGet();
????????????}
????????});
????????t1.start();
????????//?線程2：執(zhí)行 100W 次?--?操作
????????Thread?t2?=?new?Thread(()?->?{
????????????for?(int?i?=?0;?i?????????????????//?--?操作
????????????????number.decrementAndGet();
????????????}
????????});
????????t2.start();
????????//?等待線程?1?和線程?2，執(zhí)行完，打印?number?最終的結(jié)果
????????t1.join();
????????t2.join();
????????System.out.println("最終結(jié)果："?+?number.get());
????}
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果如下圖所示：
2.加鎖排隊(duì)執(zhí)行
Java 中有兩種鎖：synchronized 同步鎖和 ReentrantLock 可重入鎖。
2.1 同步鎖synchronized
synchronized 是 JVM 層面實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)加鎖和自動(dòng)釋放鎖的同步鎖，它的實(shí)現(xiàn)代碼如下：
public?class?SynchronizedExample?{
????//?全局變量
????private?static?int?number?=?0;
????//?循環(huán)次數(shù)(100W)
????private?static?final?int?COUNT?=?1_000_000;
????public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{
????????//?線程1：執(zhí)行 100W 次?++?操作
????????Thread?t1?=?new?Thread(()?->?{
????????????for?(int?i?=?0;?i?????????????????//?加鎖排隊(duì)執(zhí)行
????????????????synchronized?(SynchronizedExample.class)?{
????????????????????number++;
????????????????}
????????????}
????????});
????????t1.start();
????????//?線程2：執(zhí)行 100W 次?--?操作
????????Thread?t2?=?new?Thread(()?->?{
????????????for?(int?i?=?0;?i?????????????????//?加鎖排隊(duì)執(zhí)行
????????????????synchronized?(SynchronizedExample.class)?{
????????????????????number--;
????????????????}
????????????}
????????});
????????t2.start();
????????//?等待線程?1?和線程?2，執(zhí)行完，打印?number?最終的結(jié)果
????????t1.join();
????????t2.join();
????????System.out.println("number 最終結(jié)果："?+?number);
????}
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果如下圖所示：
2.2 可重入鎖ReentrantLock
ReentrantLock 可重入鎖需要程序員自己加鎖和釋放鎖，它的實(shí)現(xiàn)代碼如下：
import?java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
?*?使用?ReentrantLock?解決非線程安全問題
?*/
public?class?ReentrantLockExample?{
????//?全局變量
????private?static?int?number?=?0;
????//?循環(huán)次數(shù)(100W)
????private?static?final?int?COUNT?=?1_000_000;
????//?創(chuàng)建?ReentrantLock
????private?static?ReentrantLock?lock?=?new?ReentrantLock();
????public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{
????????//?線程1：執(zhí)行 100W 次?++?操作
????????Thread?t1?=?new?Thread(()?->?{
????????????for?(int?i?=?0;?i?????????????????lock.lock();????//?手動(dòng)加鎖
????????????????number++;???????//?++?操作
????????????????lock.unlock();??//?手動(dòng)釋放鎖
????????????}
????????});
????????t1.start();
????????//?線程2：執(zhí)行 100W 次?--?操作
????????Thread?t2?=?new?Thread(()?->?{
????????????for?(int?i?=?0;?i?????????????????lock.lock();????//?手動(dòng)加鎖
????????????????number--;???????//?--?操作
????????????????lock.unlock();??//?手動(dòng)釋放鎖
????????????}
????????});
????????t2.start();
????????//?等待線程?1?和線程?2，執(zhí)行完，打印?number?最終的結(jié)果
????????t1.join();
????????t2.join();
????????System.out.println("number 最終結(jié)果："?+?number);
????}
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果如下圖所示：
3.線程本地變量ThreadLocal
使用 ThreadLocal 線程本地變量也可以解決線程安全問題，它是給每個(gè)線程獨(dú)自創(chuàng)建了一份屬于自己的私有變量，不同的線程操作的是不同的變量，所以也不會存在非線程安全的問題，它的實(shí)現(xiàn)代碼如下：
public?class?ThreadSafeExample?{
????//?創(chuàng)建?ThreadLocal（設(shè)置每個(gè)線程中的初始值為?0）
????private?static?ThreadLocal?threadLocal?=?ThreadLocal.withInitial(()?->?0);
????//?全局變量
????private?static?int?number?=?0;
????//?循環(huán)次數(shù)(100W)
????private?static?final?int?COUNT?=?1_000_000;
????public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{
????????//?線程1：執(zhí)行 100W 次?++?操作
????????Thread?t1?=?new?Thread(()?->?{
????????????try?{
????????????????for?(int?i?=?0;?i?????????????????????//?++?操作
????????????????????threadLocal.set(threadLocal.get()?+?1);
????????????????}
????????????????//?將?ThreadLocal?中的值進(jìn)行累加
????????????????number?+=?threadLocal.get();
????????????}?finally?{
????????????????threadLocal.remove();?//?清除資源，防止內(nèi)存溢出
????????????}
????????});
????????t1.start();
????????//?線程2：執(zhí)行 100W 次?--?操作
????????Thread?t2?=?new?Thread(()?->?{
????????????try?{
????????????????for?(int?i?=?0;?i?????????????????????//?--?操作
????????????????????threadLocal.set(threadLocal.get()?-?1);
????????????????}
????????????????//?將?ThreadLocal?中的值進(jìn)行累加
????????????????number?+=?threadLocal.get();
????????????}?finally?{
????????????????threadLocal.remove();?//?清除資源，防止內(nèi)存溢出
????????????}
????????});
????????t2.start();
????????//?等待線程?1?和線程?2，執(zhí)行完，打印?number?最終的結(jié)果
????????t1.join();
????????t2.join();
????????System.out.println("最終結(jié)果："?+?number);
????}
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果如下圖所示：
總結(jié)
在 Java 中，解決線程安全問題的手段有 3 種：
1.使用線程安全的類，如 AtomicInteger 類；
2.使用鎖 synchronized 或 ReentrantLock 加鎖排隊(duì)執(zhí)行；
3.使用線程本地變量 ThreadLocal 來處理。
是非審之于己，毀譽(yù)聽之于人，得失安之于數(shù)。
公眾號：Java面試真題解析
面試合集：https://gitee.com/mydb/interview
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