Java线程安全.pdf

Java线程安全主要涉及到的是多线程环境下对共享资源的管理和控制，以确保并发执行的线程能正确地访问和修改数据，避免出现数据不一致或者竞态条件等问题。Java内存模型（JMM）是Java虚拟机规范的一部分，它定义了线程如何访问和更新内存中的变量，以及如何保证不同线程间的可见性和有序性。 我们来理解一下**可见性**。在多线程环境中，每个线程都有自己的工作内存，其中保存了从主内存中复制的共享变量的副本。当一个线程修改了主内存中的共享变量，其他线程可能无法立即看到这个变化，因为它们可能还在使用旧的副本。Java内存模型通过`volatile`关键字、`synchronized`关键字以及`final`修饰的变量来保证可见性。`volatile`关键字确保了修改后的值能立即同步到主内存，同时其他线程在下次访问时会从主内存中获取最新值。`synchronized`关键字则通过锁定机制确保同一时间只有一个线程可以访问特定的代码块或方法，从而确保了变量的修改对其他线程可见。 我们探讨一下**有序性**。Java内存模型允许编译器和处理器对指令进行重排序，以提高性能。但这种重排序可能会导致线程看到的执行顺序与程序的原始顺序不一致，这被称为指令重排序。为了保证有序性，Java提供了`volatile`关键字和`synchronized`关键字。`volatile`关键字禁止指令重排序，确保对volatile变量的读写操作遵循程序的顺序。而`synchronized`除了保证可见性外，还提供了线程间的 happens-before 关系，确保了特定操作的顺序性。 在Java中，线程安全的实现方式多种多样，包括但不限于： 1. **同步机制**：如`synchronized`关键字，它可以作用于方法或代码块，确保同一时间只有一个线程可以执行。 2. **volatile**关键字：保证变量的可见性和禁止指令重排序。 3. **原子操作类**：如`java.util.concurrent.atomic`包下的原子类，如AtomicInteger，它们提供了一种无锁的并发编程方式，可以实现原子性的读/更新操作。 4. **线程局部变量**：`ThreadLocal`类可以让每个线程拥有自己的变量副本，避免了线程间的数据竞争。 5. **Lock接口和ReentrantLock类**：提供了比`synchronized`更细粒度的锁控制，可以实现公平锁、非公平锁、可重入锁等功能。 6. **并发容器**：如`ConcurrentHashMap`、`CopyOnWriteArrayList`等，它们内部设计了线程安全的算法，避免了全量同步。 在给出的代码示例中，`Account`类的`balance`字段如果没有适当的同步机制，就可能出现线程安全问题。例如，`add`方法中的`balance = balance + num`操作不是原子性的，可能存在线程A和线程B同时修改`balance`的情况，导致计算结果错误。为了解决这个问题，可以使用`synchronized`关键字来同步`add`方法，或者使用`AtomicInteger`来替代`balance`字段，利用其原子性操作。 Java线程安全是多线程编程中的核心概念，通过理解和掌握Java内存模型以及相关的并发工具，开发者可以编写出高效、可靠的多线程程序。