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深入了解线程安全

05-20 17:14 380浏览
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线程安全是多线程编程时的计算机程序代码中的一个概念。在拥有共享数据的多条线程并行执行的程序中,线程安全的代码会通过同步机制保证各个线程都可以正常且正确的执行,不会出现数据污染等意外情况。你也可以用自己的语言来表述:如果你的代码在多线程下执行和在单线程下执行永远都能获得一样的结果,那么你的代码就是线程安全的。

其实什么是线程安全这个问题有值得一提的地方,就是线程安全也是有4个级别的,接下来我们一一探究线程安全的4个级别到底是什么?

1.不可变

像String、Integer、Long这些,都是final类型的类,任何一个线程都改变不了它们的值,要改变除非新创建一个,因此这些不可变对象不需要任何同步手段就可以直接在多线程环境下使用。

2.绝对线程安全

不管运行时环境如何,调用者都不需要额外的同步措施。要做到这一点通常需要付出许多额外的代价,Java中标注自己是线程安全的类,实际上绝大多数都不是线程安全的,不过绝对线程安全的类,Java中也有,比方说CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet。

3.相对线程安全

相对线程安全也就是我们通常意义上所说的线程安全,像Vector这种,add、remove方法都是原子操作,不会被打断,但也仅限于此,如果有个线程在遍历某个Vector、有个线程同时在add这个Vector,99%的情况下都会出现ConcurrentModificationException,也就是fail-fast机制。

4.线程非安全

这个就没什么好说的了,ArrayList、LinkedList、HashMap等都是线程非安全的类。

多个线程访问同一个对象时,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操作,调用这个对象的行为都可以获得正确的结果,那么这个对象就是线程安全的。

或者说:一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题。

可能更实际的例子能够加深我们对线程安全的理解,比如一个 ArrayList 类,在添加一个元素的时候,它可能会有两步来完成:

1)在 Items[Size] 的位置存放此元素;

2)增大 Size 的值。

在单线程运行的情况下,如果 Size = 0,添加一个元素后,此元素在位置 0,而且 Size=1;

而如果是在多线程情况下,比如有两个线程,线程 A 先将元素存放在位置 0。但是此时 CPU 调度线程A暂停,线程 B 得到运行的机会。线程B也向此 ArrayList 添加元素,因为此时 Size 仍然等于 0 (注意哦,我们假设的是添加一个元素是要两个步骤哦,而线程A仅仅完成了步骤1),所以线程B也将元素存放在位置0。然后线程A和线程B都继续运行,都增加 Size 的值。

那好,我们来看看 ArrayList 的情况,元素实际上只有一个,存放在位置 0,而 Size 却等于 2。这就是“线程不安全”了。

以上就是对什么是线程安全的诠释,其实线程安全理解起来并不难,难的是我们在多线程中鉴定哪些线程是安全的,哪些线程又是非安全的。或许,实践才是检验真理的唯一标准,我们可以到动力节点在线的视频课程中找到相关的面试题来练习,检验自己的学习成果。

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代码小兵498
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