Java線程安全基礎概念解析

Java線程安全初步了解。JAVA線程安全從總體上來說，是指Java對象在多線程運行環境下的一種特性，表現為常規（區別于特殊調用情況）情況下每次調用都能得到正確的邏輯結果。從本質上來說，將對象的方法行為加上了同步控制邏輯，而調用者無須做其他額外的同步控制就可以安全放心的使用對象。

1.線程安全的定義

當多個線程訪問一個對象時，如果不用考慮這些線程在運行時環境下的調度和交替執行，也不需要進行額外的同步，或者在調用方進行任何其他的協調操作，調用這個對象的行為都可以獲得正確的結果，那這個對象就是線程安全的。這個定義很嚴謹，它要求就線程安全的代碼都具備一個特征：代碼本身封裝了所有必要的正確性保障手段，令調用者無須關心多線程的問題，更無須自己實現熱河措施來保證多線程的正確調用。

2.Java語言中的線程安全

為了更深入地理解線程安全，按照線程安全的“安全強度”由強至弱來排序：不可變，絕對線程安全，相對線程安全，線程兼容和線程對立。

2.1 不可變

在jDK1.5以后不可變的對象一定是線程安全的，無論是對象的方法實現還是方法的調用者，都不需要再進行任何的線程安全保障措施，通過final關鍵字修飾的屬性，對象或方法，那其外部的可見狀態永遠也不會改變。如果共享數據是一個基本數據類型，那么只要在定義時使用final關鍵字修飾就可以保證它是不可變得。如String類對象，就是一個典型的不可變對象，我們調用substring()，replace()，和concat()這些方法都不會影響它原來的值，只會返回一個新構造的字符串對象。

2.2相對線程安全

相對線程安全就是我們通常意義上所講的線程安全，它需要保證這個對象單獨的操作是線程安全的。在java中大部分線程安全類都屬于這種類型，如Vector，HashTable等。

2.3線程兼容

線程兼容是指對象本身并不是線程安全的，但是可以通過在調用端正確地使用同步手段來保證對象在并發環境中安全地使用。

2.3線程對立

線程對立是指不管調用端是否采用了同步措施，都無法在多線程環境中并發使用的代碼。由于Java語言天生就具備多線程特性，線程對立這種排斥多線程的代碼很少出現。常見的線程對立操作有Thread類的suspend()和resume()方法，System.setIn()等。

3.線程安全的實現方法

3.1互斥同步

互斥同步是最常見的一種并發正確性保障手段，同步是指在多個線程并發訪問共享數據時，保證共享數據在同一個時刻只被一條線程使用。而互斥是實現同步的一種手段，臨界區，互斥量和信號量都是主要的互斥實現方式。互斥是因，同步是果，互斥是方法，同步是目的。

在Java中，最基本的互斥同步手段就是synchronized關鍵字。除此之外還可以使用java.util.concurrent包中的重入鎖（ReentrantLock）來實現同步。在用法上都很相似，只是代碼寫法上有點區別，一個表現為API層面的互斥鎖（lock()和unlock()方法配合try/finally語句塊來完成），一個表現為原生語法層面的互斥鎖。不過重入鎖比synchronized增加了以下三項：
等待可中斷：是指當持有鎖的線程長期不釋放鎖的時候，正在等待的線程可以選擇放棄等待，改為處理其他事情，可中斷特性對處理執行時間非常長的同步塊很有幫助。

可實現公平鎖：公平鎖是指多個線程在等待同一個鎖時，必須按照申請鎖的時間順序來依次獲得鎖；而非公平鎖則不保證這一點。synchronized中的鎖是非公平的，重入鎖缺省也是非公平的，但可以通過帶布爾值的構造函數要求使用公平鎖。

鎖可以綁定多個條件：是指一個重入鎖對象可以同時綁定多個Condition對象，而在synchronized中，鎖對象的wait()和notify()或notifyAll()方法可以實現一個隱含條件，如果要和多于一個的條件關聯的時候，就不得不額外的添加y一個鎖，而重入鎖無須這樣做，只需要多次調用newCondition()方法即可。

3.2非阻塞同步

互斥同步最重要的問題就是進行線程阻塞和喚醒所帶來的性能問題，它屬于一種悲觀的并發策略，總是認為只要不去做正確的同步措施就會出現問題。但是我們有了另外一個選擇：基于沖突檢測的樂觀并發策略，通俗的說就是先進行操作，如果沒有其他線程爭用共享數據，那操作就成功了；如果共享數據發生了爭用，產生了沖突，那就再進行其他的補償措施，這種樂觀的并發策略的許多實現都不需要把線程掛起，因此被稱為非阻塞同步。

總結

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