线程安全
当多个线程同时访问一个对象时,如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行,也不需要进行额外的同步,或者在调用方进行任何其他的协调操作,调用这个对象的行为都可以获得正确的结果,那就称这个对象是线程安全的。
按照线程安全的“安全程度”由强至弱来排序,可以将Java语言中各种操作共享的数据分为以下五类:
不可变
String之外,常用的还有枚举类型及java.lang.Number的部分子类,如Long和Double等数值包装类型、BigInteger和BigDecimal等大数据类型。但同为Number子类型的原子类AtomicInteger和AtomicLong则是可变的
绝对线程安全
相对线程安全
相对线程安全就是我们通常意义上所讲的线程安全,它需要保证对这个对象单次的操作是线程安全的,我们在调用的时候不需要进行额外的保障措施,但是对于一些特定顺序的连续调用,就可能需要在调用端使用额外的同步手段来保证调用的正确性。
线程兼容
线程对立
一个线程对立的例子是Thread类的suspend()和resume()方法。如果有两个线程同时持有一个线程对象,一个尝试去中断线程,一个尝试去恢复线程,在并发进行的情况下,无论调用时是否进行了同步,目标线程都存在死锁风险——假如suspend()中断的线程就是即将要执行resume()的那个线程,那就肯定要产生死锁了。也正是这个原因,suspend()和resume()方法都已经被声明废弃了。
线程安全的实现
1、互斥同步(Mutual Exclusion & Synchronization)是一种最常见也是最主要的并发正确性保障手段。也被称为阻塞同步(Blocking Synchronization)。
同步是指在多个线程并发访问共享数据时,保证共享数据在同一个时刻只被一条(或者是一些,当使用信号量的时候)线程使用。而互斥是实现同步的一种手段,临界区(CriticalSection)、互斥量(Mutex)和信号量(Semaphore)都是常见的互斥实现方式。因此在“互斥同步”这四个字里面,互斥是因,同步是果;互斥是方法,同步是目的。
在Java里面,最基本的互斥同步手段就是synchronized关键字,这是一种块结构(BlockStructured)的同步语法。synchronized关键字经过Javac编译之后,会在同步块的前后分别形成monitorenter和monitorexit这两个字节码指令。这两个字节码指令都需要一个reference类型的参数来指明要锁定和解锁的对象。
·被synchronized修饰的同步块对同一条线程来说是可重入的。这意味着同一线程反复进入同步块也不会出现自己把自己锁死的情况。
·被synchronized修饰的同步块在持有锁的线程执行完毕并释放锁之前,会无条件地阻塞后面其他线程的进入。这意味着无法像处理某些数据库中的锁那样,强制已获取锁的线程释放锁;也无法强制正在等待锁的线程中断等待或超时退出。
ReentrantLock一样是可重入的,在功能上是synchronized的超集:等待可中断、可实现公平锁及锁可以绑定多个条件。
jdk6以后两者性能差不多,synchronized可自动释放锁,lock需要在finally中手动释放。
2、非阻塞同步
基于冲突检测的乐观并发策略,通俗地说就是不管风险,先进行操作,如果没有其他线程争用共享数据,那操作就直接成功了;如果共享的数据的确被争用,产生了冲突,那再进行其他的补偿措施,最常用的补偿措施是不断地重试,直到出现没有竞争的共享数据为止。这种乐观并发策略的实现不再需要把线程阻塞挂起,因此这种同步操作被称为非阻塞同步(Non-Blocking Synchronization),使用这种措施的代码也常被称为无锁(Lock-Free)编程。
·比较并交换(Compare-and-Swap,下文称CAS)
如果一个变量V初次读取的时候是A值,并且在准备赋值的时候检查到它仍然为A值,那就能说明它的值没有被其他线程改变过了吗?这是不能的,因为如果在这段期间它的值曾经被改成B,后来又被改回为A,那CAS操作就会误认为它从来没有被改变过。这个漏洞称为CAS操作的“ABA问题”。
解决方案是使用版本号
3、无同步方案
同步只是保障存在共享数据争用时正确性的手段,如果能让一个方法本来就不涉及共享数据,那它自然就不需要任何同步措施去保证其正确性
可重入代码(Reentrant Code):这种代码又称纯代码(Pure Code),是指可以在代码执行的任何时刻中断它,转而去执行另外一段代码(包括递归调用它本身),而在控制权返回后,原来的程序不会出现任何错误,也不会对结果有所影响。