前言
可能有人會覺得，只要我寫代碼的時候不去開啟其他線程，那么就不會有多線程的問題了。然而事實並非如此，如果僅僅是一些簡單的測試代碼，確實代碼都會順序執行而不是並發執行，但是Java應用最廣泛的web項目中，絕大部分（如果不是所有的話）web容器都是多線程的——以tomcat為例， 每一個進來的請求都需要一個線程，直到該請求結束。 這樣一來，即使本身不打算多線程運行的代碼，實際上幾乎都會以多線程的方式執行。在 Spring 注冊的 bean（默認都是單例），在設為單例的 bean 中出現的成員變量或靜態變量，都必須注意是否存在多線程競爭導致的多線程不安全的問題。——可見，有些時候確實都是人在江湖，身不由己。積累多線程的知識是必不可少的。
1.為什么會有多線程不安全的問題
1.1.寫不安全
上面講到 web 容器會多線程訪問 JVM，這里還有一個問題，為什么多線程時就會存在多線程不安全呢？這是因為在 JVM 中的內存管理，並不是所有內存都是線程私有的，Heap（Java堆）中的內存是線程共享的。
而 Heap 中主要是存放對象的，這樣多個線程訪問同一個對象時，就會使用到同一塊內存了，在這塊內存中存着的成員變量就會受到多個線程的操作。
如下圖所示：
因為是增加2和3，結果應該是15才對，但是因為多線程的原因，導致結果是12或13。
1.2.讀不安全
上面的寫操作不安全是一方面，事實上 Java 中還存在更加糟糕的問題，就是讀到的數據也不一致。
因為多個線程雖然訪問對象時是使用的同一塊內存（這塊內存可稱為主內存），但是為了提高效率，每個線程有時會都會將讀取到的值緩存在本線程內（具體因不同 JVM 的實現邏輯而有不同，所以緩存不是必然的），這些緩存的數據可稱為副本數據。
這樣，就會出現，某個值已經被某個線程更改了，但是其他線程卻不知道，也不去主內存更新數據的情況。
如下圖所示：
上圖的情況，其實線程的並發度相對要低一點，但即使是其他線程更改的數據，有的線程也不知道，因為讀不安全導致了數據不一致。
2.如何讓多線程安全
既然已經知道了會發生不安全的問題，那么要怎么解決這些問題呢？
2.1.讀一致性
Java 中針對上述“讀不安全”的問題提供了關鍵字 volatile 來解決問題，被 volatile 修飾的成員變量，在內容發生更改的時候，會通知所有線程去主內存更新最新的值，這樣就解決了讀不安全的問題，實現了讀一致性。
但是，讀一致性是無法解決寫一致性的，雖然能夠使得每個線程都能及時獲取到最新的值，但是1.1中的寫一致性問題還是會存在。
既然如此，Java 為啥還要提供 volatile 關鍵字呢？這並非多余的存在，在某些場景下只需要讀一致性的話，這個關鍵字就能夠滿足需求而且性能相對還不錯，因為其他的能夠保證“讀寫”都一直的辦法，多多少少存在一些犧牲。
2.2.寫一致性
Java 提供了三種方式來保證讀寫一致性，分別是互斥鎖、自旋鎖、線程隔離。
2.2.1.互斥鎖
互斥鎖只是一個鎖概念，在其他場景也叫做獨占鎖、悲觀鎖等，其實就是一個意思。它是指線程之間是互斥的，某一個線程獲取了某個資源的鎖，那么其他線程就只能睡眠等待。
在 Java 中互斥鎖的實現一般叫做同步線程鎖，關鍵字 synchronized，它鎖住的范圍是它修飾的作用域，鎖住的對象是： 當前對象（對象鎖） 或 類的全部對象（類鎖） ——鎖釋放前，其他線程必將阻塞，保證鎖住范圍內的操作是原子性的，而且讀取的數據不存在一致性問題。
- 對象鎖：當它修飾方法、代碼塊時，將會鎖住當前對象
- 類鎖：修飾類、靜態方法時，則是鎖住類的所有對象
注意： 鎖住的永遠是對象，鎖住的范圍永遠是 synchronized 關鍵字后面的花括號划定的代碼域。
2.2.2.自旋鎖
自旋鎖也只是一個鎖概念，在其他場景也叫做樂觀鎖等。
自旋鎖本質上是不加鎖，而是通過對比舊數據來決定是否更新：
如上所示，不管線程1與線程2哪個先執行，哪個后執行，結果都會是15，由此實現了讀寫一致性。而因為步驟3的更新失敗而在步驟4中更新數據后再此嘗試更新的過程，就叫做自旋——自旋只是個概念：表示 操作失敗后，線程會循環進行上一步的操作，直到成功為止。
這種方式避免了線程的上下文切換以及線程互斥等，相對於互斥鎖而言，它允許並發的存在（互斥鎖不存在並發，只能同步進行）。
在 Java 的 java.util.concurrent.atomic 包 中提供了自旋的操作類，諸如 AtomicInteger、AtomicLong 等，都能夠達到此目的。
- 上面代碼中的18行的代碼，直接對一個int變量++操作，這是多線程不安全的
- 其中注釋掉的19、20、21行代碼則是加上了同步線程鎖的寫法，同步的操作使得多線程安全
- 下面的25行代碼則是基於自旋鎖的操作，也是多線程安全的
但是，如果並發度很高的話，就會導致某些線程一直都無法更新成功（因為一直有其他線程更改了值），會使得線程長時間占用CPU和線程。所以自旋鎖是屬於低並發的解決方案。
另外，直接使用這些自旋的操作類還是太過原始，所以Java還在這個基礎上封裝了一些類，能夠簡單直接地接近於 synchronized 那么方便地對某段代碼上鎖，即是 ReentrantLock 以及 ReentrantReadWriteLock，限於篇幅，這里不詳細介紹他們的使用。
2.2.3.線程隔離
既然自旋鎖只是低並發的解決方案，那么遇到高並發要如何處理呢？答案是將成員變量設成線程隔離的，也就是說每個線程都各自使用自己的變量，互相自己是不相關的。這樣自然也做到了多線程安全。但是這種做法是讓所有線程都互相隔離的了，所以他們之間是不存在互相操作的。
在 Java 中提供了 ThreadLocal 類來實現這種效果：
// 聲明線程隔離的變量，變量類型通過泛型決定 private static ThreadLocal<Integer> localInt = new ThreadLocal<>(); // 獲取泛型類的對象 Integer integer = localInt.get(); if (integer==null){ integer = 0; } // 將泛型對象設到變量中 localInt.set(++integer);
總結
本文主要講了為什么會出現多線程不安全的原因，其中涉及讀不安全與寫不安全。Java 使用 volatile 關鍵字實現了讀一致性，使用同步線程鎖（synchronized）、自旋操作類（AtomicInteger等 ）以及線程隔離類（ThreadLocal ）來實現了寫一致性，這三種方法中，同步線程鎖效率最低，自旋操作類在非高並發的場景可大大提高效率，但是要想實現真正的高並發，還是需要用到線程隔離類來實現。