线程安全问题的原因和解决方案
前言
如果某个代码，在单线程执行下没有问题，在多线程执行下执行也没有问题，则称“线程安全”，反之称“线程不安全”。
一、简述线程不安全案例
public class Main {
static int count = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
count++;
}
}
});
t.start();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
count++;
}
t.join();
System.out.println(count);
}
}代码中有两个线程，线程t和线程main都对count进行自增操作，理想结果下，输出结果是 20000，但是运行截图如下：
?首先对于一个简单的自增操作，可以分为如下三步：
- 读取内存数据，加载到CPU寄存器中；
- 把寄存器数据进行+1操作；
- 把寄存器数据写回到内存中。
?那么在该代码实现过程中就可能会出现如下步骤：
?当两个线程都对count进行+1操作后，count应该是在原有的值上面+2，但是因为线程问题，使count只进行了 +1 操作。这种问题，我们称之为线程不安全问题。
二、线程安全问题的原因
（一）（根本问题）线程调度是随机的
多个线程之间的调度是随机的，操作系统使用“抢占式”执行的策略来调度线程。
如上述代码运行count++操作，多条指令的调度顺序是不确定的，如还有如下几种指令调度顺序的可能：
（二）代码的结构问题
多个线程同时修改同一个变量，容易产生线程安全问题。
上述案例是修改同一个变量，如果是修改不同变量，那么多个线程之间的寄存器数据修改对内存中的数据修改影响不大。
如：
（三）代码执行不是原子的
在Java中，我们称原子为最小单位，就像0无法再次拆分一样。
上述案例中关键执行语句就是 count++； 但是这条语句可以再次细分为三条语句，这就说明该语句不是原子的，便也是导致线程不安全问题的关键。
（四）内存可见性问题
内存可见性问题有三个原因：编译器优化、内存模型、多线程。
1）编译器优化：我们的代码在编译运行时，编译器会给我们进行优化操作，而其中，读取内存操作有可能被优化成读取寄存器（能节约大量的时间）。
2）内存模型：Java虚拟机内存模型导致读取内存读取操作特别复杂，消耗大量的资源。
3）多线程问题：上述案例中，内存和寄存器互相不可见问题。
（五）指令重排序
比如：
三、解决线程安全问题
对于引起线程安全问题的原因1是由JVM底层决定的，是无法改变的。synchronized可以解决问题原因2和3，volatile解决4和5。
（一）synchronized
解决线程安全问题，最主要的切入手段是：加锁。
synchronized搭配代码块进行加锁解锁操作：
- 进了代码块就加锁；
- 出了代码块就解锁。
有如下几种形式：
1.
synchronized public void a(){
// working
}当前对象是该线程。
2.
//方法内部
synchronized (this){
//working
}当前对象是this指的对象（静态方法内是类对象，实例方法内是线程对象）。
3.
//方法内部
synchronized (某个对象){
//working
}当前对象是括号内的对象。
4.
synchronized static public void a(){
//working
}当前对象是类对象。
这里的锁不是对整个代码块加锁，而是争对某个特定的对象加锁。如：
?这里的synchronized代码块有两条执行语句，实际上这把锁只对 count++； 进行了加锁。
注意：
如果两个线程针对同一个对象加锁，就会出现锁竞争/锁冲突，一个加锁成功，一个阻塞等待。
如果两个线程针对不同对象加锁，就不会产生锁竞争等。
！！具体是针对哪一个对象加锁不重要，重要的是两个线程是不是针对同一个对象加锁！！！
（二）volatile
volatile关键字是修饰变量的（只能修饰实例变量、类变量），不能保证原子性。
1）当volatile解决内存可见性问题时，主要是解决编译器优化导致的问题。
禁止编译器进行读取内存操作被优化成读取寄存器。
加上volatile强制读取内存，虽然速度变慢了，但是数据更精确了。
2）保证有序性。
禁止指令重排序。编译时JVM编译器遵循内存屏障的约束，运行时靠屏障指令组织指令顺序。
（三）wait-notify
为了线程能按照规定的顺序执行，使用wait-notify。这两个都是Object提供的方法。
wait在执行时：
- 解锁；
- 阻塞等待；
- 当被其他线程唤醒之后，尝试重新加锁，加锁成功，wait执行完毕，继续往下执行其他逻辑。
故我们的 wait 方法和 notify 方法都要在 synchronized 内部使用，并且和synchronized的对象一致，如：
?如果 wait 没有搭配synchronized 使用，会直接抛出异常。
有如下代码:
?该输出结果，是因为其执行语句顺序，如图：
?notifyAll则可以唤醒所有处于wait中的线程。
注意事项：
- ?要想让 notify 能顺利唤醒 wait ，需要确保 wait 和 notify 都是使用同一个对象调用的；
- ?wait 和 notify 都需要在 synchronized 内部执行，notify 在 synchronized 内部执行是? ?Java强制要求的；
- ?如果进行 notify 时，另一个线程没有处于 wait 状态不会有任何影响。
当 wait 引起线程阻塞时，可以使用 interrupt 方法打断当前线程的阻塞状态。
（四）wait 和 sleep 的区别
- wait 需要搭配synchronized 使用，sleep 不需要；
- wait 是 Object 的方法，sleep 是Thread 的静态方法。
结语
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