【Java併發】執行緒安全性

摘要： 執行緒安全性 定義：當多個執行緒訪問某個類時，不管執行時環境採用 何種排程方式 或者這些執行緒將如何交替執行，並且在主調程式碼中 不需要任何額外的同步或協同 ，這個類都能表現出 正確的行為 ，那麼就稱這個類是執行緒安全的。 執行緒安全性主要體現在三個方面：原子性、可見性、有序性： ...

執行緒安全性

定義：當多個執行緒訪問某個類時，不管執行時環境採用 何種排程方式 或者這些執行緒將如何交替執行，並且在主調程式碼中 不需要任何額外的同步或協同 ，這個類都能表現出 正確的行為 ，那麼就稱這個類是執行緒安全的。

執行緒安全性主要體現在三個方面：原子性、可見性、有序性：

• 原子性 ：提供了互斥訪問，同一時刻只能有一個執行緒來對它進行操作
• 可見性 ：一個執行緒對主記憶體的修改可以及時地被其他執行緒觀察到
• 有序性 ：一個執行緒觀察其他執行緒中的指令執行順序，由於指令重排序的存在，該觀察結果一般雜亂無序

原子性

原子性在 JDK 中主要由兩個方面體現出來：

Atomic

一個是 JDK 中已經提供好的 Atomic 包，它們均使用了 CAS 完成執行緒的原子性操作（詳見 【Java併發】淺析 AtomicLong & LongAdder ）。

另一個是使用鎖的機制來處理執行緒之間的原子性。鎖主要包括：synchronized、lock。

synchronized

依賴於 JVM 去實現鎖，因此在這個關鍵字作用物件的作用範圍內，都是同一時刻只能有一個執行緒對其進行操作的。synchronized 是 Java 中的一個關鍵字，是一種同步鎖。它可以修飾的物件主要有四種：

• 修飾程式碼塊：大括號括起來的程式碼，作用於 呼叫的物件
• 修飾方法：整個方法，作用於 呼叫的物件
• 修飾靜態方法：整個靜態方法，作用於 所有物件
• 修飾類：括號括起來的部分，作用於 所有物件

注意：如果當前類是一個父類，子類呼叫父類的被 synchronized 修飾的方法，不會攜帶 synchronized 屬性，因為 synchronized 不屬於方法宣告的一部分。

Lock

首先要說明的就是 Lock，通過檢視 Lock 的原始碼可知，Lock 是一個介面。ReentrantLock 是唯一實現了 Lock 介面的類，意思是“可重入鎖”，並且 ReentrantLock 提供了更多的方法。

public interface Lock {
void lock();
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
boolean tryLock();
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
void unlock();
Condition newCondition();
}

可見性

導致共享變數線上程間不可見的原因：

• 執行緒交叉執行
• 重排序結合線程交叉執行
• 共享變數更新後的值沒有在工作記憶體與主存間及時更新

JVM 對於可見性，提供了 synchronized 和 volatile：

synchronized

JMM 關於 synchronized 的兩條規定：

• 執行緒解鎖前，必須把共享變數的最新值重新整理到主記憶體
• 執行緒加鎖時，將清空工作記憶體中共享變數的值，從而使用共享變數時需要從主記憶體中重新讀取最新的值（注意： 加鎖與解鎖是同一把鎖 ）

volatile

volatile 的方式是：通過加入 記憶體屏障 和 禁止重排序 優化來實現。

• 對 volatile 變數寫操作時，會在寫操作後加入一條 store 屏障指令，將本地記憶體中的共享變數值重新整理到主記憶體。
• 對 volatile 變數讀操作時，會在讀操作前加入一條 load 屏障指令，從主記憶體中讀取共享變數。
• volatile的屏障操作都是 cpu 級別的；適合狀態驗證，不適合累加值，volatile關鍵字不具有原子性。
• 適合狀態驗證，不適合累加值，volatile關鍵字不具有原子性

有序性

Java 記憶體模型中，允許編譯器和處理器對指令進行 重排序 ，但是重排序過程不會影響到 單執行緒 程式的執行，卻會影響到多執行緒併發執行的正確性。而 Java 提供了 volatile、synchronized、Lock ，它們可以用來保證有序性。

另外，Java 記憶體模型具備一些先天的有序性，即不需要任何手段就能得到保證的有序性。通常被我們稱為happens-before 原則（先行發生原則）。如果兩個執行緒的執行順序無法從 happens-before 原則推匯出來，那麼就不能保證它們的有序性，虛擬機器就可以對它們進行重排序。

思維導圖

筆記整理自： 【IMOOC】Java併發程式設計與高併發解決方案