1 多线程下为什么会存在线程安全问题

线程的合理使用能够提升程序的处理性能，一是能够利用多核 CPU 来实现线程的并行执行，二是线程的异步化执行能够提高系统的吞吐量。

虽然线程有这些优点，但同时也带来了很多问题。比如说：

1.1 共享变量带来的安全性问题

先来看个图：

一个变量 i ，如果线程 A 或者线程 B 单独访问并且修改变量 i 的值没有任何问题，那如果并行的修改变量 i ，那就会有安全性问题。

然后用代码来模拟一下这种场景，为了更好的看到效果，我用100个线程：

    public class ThreadDemo1 { 
     
        private static int i = 0; 
     
        public static void inc() { 
            try { 
                Thread.sleep(1); 
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } 
            i++; 
        } 
     
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
            for (int i = 0; i < 100; i++) { 
                new Thread(() -> ThreadDemo1.inc()).start(); 
            } 
            Thread.sleep(1000); 
            System.out.println("运行结果" + i); 
        } 
    }

输出结果：

88

这个输出结果是不固定的，第一次可能是 88 ，第二次可能是 87 ，这个结果就和我们预期的结果不一致(预期结果是100)，所以一个对象是否是线程安全的，取决于它是否会被多个线程访问，以及程序中是如何去使用这个对象的。如果 多个线程访问同一个共享对象，在不需额外的同步以及调用端代码不用做其他协调的情况下，这个共享对象的状态 依然是正确的(正确性意味着这个对象的结果与我们预期 规定的结果保持一致)，那说明这个对象是线程安全的。

对于线程安全性，本质上是管理对于数据状态的访问，而且这个这个状态通常是共享的、可变的。共享：是指这个 数据变量可以被多个线程访问;可变：指这个变量的值在 它的生命周期内是可以改变的。

2.如何保证线程并行的数据安全性-Synchroinzed

针对上面那种情况，我们该如何解决这种问题呢?首先想到的就是加锁，并且这种锁必须是互斥的。比如上面的图片的例子，如果线程A在修改 i 的值时，线程 B 就不能去修改 i 的值。也就是说并行去修改共享变量的值会有线程安全性问题，那么我们不让你并行，不就解决了这个问题嘛。所以java提供了 Synchroinzed 关键字。

2.1 Synchroinzed 的基本认识 Synchroinzed 很早就有了，只是之前是重量级锁，所以很好有人使用。在 javaSE 1.6 对Synchroinzed进行了优化引入了偏向锁和轻量级锁。所以在并发量不高的情况还是推荐使用 Synchroinzed 来加锁。为什么是并发量不高的情况推荐使用，因为并发量高的情况 Synchroinzed 会升级为重量级锁。

2.2 Synchroinzed 的三种加锁方式

• 修饰实例方法，锁是当前实例对象 ，进入同步代码前要获得当前实例的锁

• 修饰静态方法，锁是当前类的class对象 ，进入同步代码前要获得当前类对象的锁

• 修饰代码块，锁是括号里面的对象，对给定对象加锁，进入同步代码库前要获得给定对象的锁。

看下简单的代码

    public class SynchroinzedDemo { 
     
        /** 
         * 对静态方法加锁 
         */ 
        public static synchronized void test(){} 
        /** 
         * 对实例方法加锁 
         */ 
        public synchronized void test1(){} 
        /** 
         * 对代码块加锁 
         */ 
        public void test2(){ 
            synchronized(this){} 
        } 
    } 

然后我们将上面的例子实现 synchronized 加锁：

    public class ThreadDemo1 { 
     
        private static int i = 0; 
     
        public static void inc() { 
            synchronized (ThreadDemo1.class){ 
                try { 
                    Thread.sleep(1); 
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
                i++; 
            } 
        } 
     
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
            for (int i = 0; i < 100; i++) { 
                new Thread(() -> ThreadDemo1.inc()).start(); 
            } 
            Thread.sleep(1000); 
            System.out.println("运行结果" + i); 
        } 
    } 

运行结果：

运行结果100

完美的解决共享变量并行修改带来的线程安全问题。

关于作者

王硕，十年软件开发经验，业余产品经理，精通Java/Python/Go等，喜欢研究技术，著有《PyQt 5 快速开发与实战》《Python 3.* 全栈开发》，多个业余开源项目托管在GitHub上，欢迎微博交流：