線程八大基礎核心八（線程安全）

1.引子

在java多線程並發編程中，有八大基礎核心。
看看都有哪八大基礎核心呢？它們分別是：
    1.創建線程的方式
    2.線程啟動
    3.線程停止
    4.線程生命周期
    5.線程相關的方法
    6.線程相關的屬性
    7.線程異常處理
    8.線程安全

今天我們從第八個基礎核心開始：線程安全

2.考考你

#前情回顧 1.多線程編程中，比較為難，又需要重點關注的一個話題，就是線程安全 2.需要從理論、和實戰多個角度去看 3.本着一篇文章，信息量不要太多的原則 4.本篇文章僅相對全面的梳理線程安全的基礎 5.更多內容，結合JUC的內容，推薦了解的內容有： 線程池、鎖、CAS、ThreadLocal 並發集合、並發流程控制、AQS #考考你 1.你知道多線程的理論基礎有哪些嗎？ 2.你知道線程的實現方式有哪些嗎？ 3.你知道多線程安全的三要素嗎？ 4.你知道java的內存模型JMM嗎？ 5.你知道讓線程安全的常規手段嗎？ 6.你知道java中的volatile關鍵字嗎？

3.案例

3.1.困惑的i++操作

簡述：

1.在我們的日常開發中，經常會寫：i++這樣的操作

2.問題：那么它到底是不是線程安全的呢？

3.關鍵點：問題的關鍵在於i++是不是原子性操作。即i++對於操作系統，或者說對於jvm執行子系統，是一條指令，還是多條指令？

3.1.1.案例代碼

package com.anan.thread.threadsafe;

/**
 * 讓人困惑的i++操作
 */
public class ThreadSafeIAddOper {

    // 定義自增操作變量：i
    public  static int i_add = 0;

    // 在方法中，進行i_add的自增操作
    public  static void addI(){
        i_add++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 創建20個線程，並行執行i_add自增操作
        Runnable r1 = new MyRunnable();

        // for循環，創建20個線程
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread(r1).start();
        }

        // 等待20個子線程執行結束后，主線程main輸出i_add的值
        while(Thread.activeCount() > 2){
            ;
        }
        System.out.println("i_add變量最終值：" +i_add);
    }

    /**
     * 實現Runnable接口，創建線程
     */
    static class MyRunnable implements Runnable{
        public void run() {
            // for循環，執行i_add自增操作：10000次
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                addI();
            }
        }
    }
}

3.1.2.執行結果

 

3.1.3.ThreadSafeAddOper字節碼文件內容

簡述：

1.彩蛋：通過javap工具，查看字節碼文件結構

2.說明i++操作，對於jvm執行子系統，不是原子性（是由多條指令組成）

3.以下是類：ThreadSafeIAddOper，對應的class文件內容

D:\03other\02study\coding\mypro\thread-pro\target\classes>javap -v com.anan.thread.threadsafe.ThreadSafeIAddOper
Classfile /D:/03other/02study/coding/mypro/thread-pro/target/classes/com/anan/thread/threadsafe/ThreadSafeIAddOper.class
  Last modified 2020-2-15; size 1259 bytes
  MD5 checksum 6b289d7c5da1749f03e41da116a3b9a6
  Compiled from "ThreadSafeIAddOper.java"
public class com.anan.thread.threadsafe.ThreadSafeIAddOper
  minor version: 0
  major version: 49
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
 ......內容省略......

  public static void addI();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=0, args_size=0
         0: getstatic     #10                 // Field i_add:I
         3: iconst_1
         4: iadd
         5: putstatic     #10                 // Field i_add:I
         8: return
      LineNumberTable:
        line 13: 0
        line 14: 8
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature

  public static void main(java.lang.String[]);
    .......內容省略......

D:\03other\02study\coding\mypro\thread-pro\target\classes>

3.1.4.i++對應的字節碼指令說明

簡述：

1.通過截圖，可以看到一個i++操作，在字節碼層面，對應了四條jvm字節碼指令：

getstatic、iconst_1、iadd、putstatic

2.說明對於jvm來說，i++不是原子性操作

 

3.2.線程安全基本手段：鎖

簡述：

1.改造3.1案例代碼，通過加鎖實現：多條指令操作的原子性。從而實現線程安全。

2.給addI方法，增加synchronized同步鎖

 

執行結果：

 

 

3.3.關鍵字volatile錯誤使用案例

簡述：

改造3.1.案例代碼，通過volatile關鍵字修飾：

1.說明volatile關鍵字，只能保障線程的可見性（即一個線程修改了volatile關鍵字修改的變量后，會立即刷新到主內存，讓其它線程可見）。

2.但volatile關鍵字，不能保障原子性，對於i++操作，它還是不能保障線程安全

3.關於volatile關鍵字的正確使用方式，請看討論分享中內容說明。

 

執行結果：

 

 

4.討論分享

#考考你答案 1.你知道多線程的理論基礎有哪些嗎？ 1.1.進程與線程的區別 1.2.線程實現方式 1.3.線程安全三要素 1.4.java內存模型JMM 1.5.鎖 2.你知道進程與線程的區別嗎？ 2.1.進程是操作系統【分配資源】的最小單位 2.2.線程是操作系統【調度】的最小單位 3.你知道線程的實現方式有哪些嗎？ 3.1.基於操作系統內核實現方式（內核線程） 3.2.基於用戶進程實現方式（用戶態線程，即協程） 3.3.java的線程實現方式是：內核線程實現方式 4.你知道多線程安全的三要素嗎？ 4.1.線程安全要素一：原子性 4.2.線程安全要素二：可見性 4.3.線程安全要素三：有序性 5.你知道java的內存模型JMM嗎？ 5.1.參見附圖 6.你知道java編程中，線程安全的常規手段嗎？ 6.1.線程安全常規手段一：加鎖 6.2.線程安全常規手段二：消除共享資源 7.你知道java中的volatile關鍵字嗎？ 7.1.volatile關鍵字是一種輕量級線程安全實現方式 7.2.volatile關鍵字的底層原理：保證可見性，禁止重排序 7.3.使用volatile關鍵字注意事項： a.volatile關鍵字修飾變量值修改，不依賴原來的值；或者只有單一線程進行修改 b.volatile關鍵字修飾的變量，不與其它變量一起參與原子性約束 c.滿足a、b兩條，那么volatile關鍵字修飾的變量，在多線程下是線程安全的

 

 java內存模型JMM：

 （到這里，多線程基礎編程暫時告一段落，本系列是學習筆記，參考了悟空老師的課程：《Java並發核心知識體系精講》。歡迎大家去學習悟空老師的課程，講的非常好！同時向悟空老師問好！）