要编写线程安全的代码,核心在于对状态访问操作进行管理,特别是共享的(Shared)和可变的(Mutable)访问
对象的状态指存储在状态变量(实例变量、静态域)中的数据,对象的状态可能包括其他依赖对象的域
“共享”意味着变量可以由多个线程访问;“可变”意味着变量的值在其声明周期内可以发生变化
多个线程访问同一个可变的状态变量没有使用合适的同步,就可能出现错误,有三种方式可以修复这个问题
a.不在线程之间共享该状态变量
b.将该状态变量修改为不可变的变量
c.在使用状态变量时使用同步
2.1 什么是线程安全性
正确性:某个类的行为与其规范完全一致
当多个线程访问某个类时,不管运行环境采用何种调用方式或者这些线程如何交替执行,并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同,这个类都能表现出正确的行为,那么就称这个类是线程安全的
无状态类一定是线程安全的
2.2 原子性
2.2.1竞态条件
由于不恰当的执行时序而出现的不正确的结果的情况称为竞态条件
最常见的竞态条件类型就是“先检查后执行(Check-then-Act)”
“读取-修改-写入”操作也是一种竞态条件
2.2.2延迟初始化中的竞态条件
2.2.3复合操作
原子操作:对于访问同一个状态的所有操作(包括操作本身)来说,这个操作是一个以原子方式执行的操作
复合操作:包含了一组必须以原子方式执行的操作以保证线程安全性
当在无状态的类中加入一个状态时,如果该状态完全由线程安全的对象管理,那么这个类仍旧是线程安全的
2.3加锁机制
要保证状态一致性,就需要单个原子操作中更新所有相关的状态变量
2.3.1内置锁
同步代码块(Synchronized Block)
每个Java对象都可以用作一个实现同步的锁,这些锁被称为内置锁(Intrinsic Lock)或者监视器锁(Monitor Lock)
内置锁是一种互斥锁,最多只有一个线程持有这个锁
2.3.2重入
重入意味着获取锁的操作的粒度是“线程”,而不是“调用”
重入提升了加锁行为的封装性,因此简化了面向对象并发代码的执行
2.4用锁来保护状态
锁能够使其被保护的对象以串行方式来执行
一种常见的加锁机制:将所有可变状态都封装在对象内部,并通过对象的内置锁对所有访问可变状态的代码路径进行同步,使得该对象上不会发生并发访问
对于每个包含多个变量的不变性条件,其中涉及的所有变量都需要由同一个锁来保护
2.5活跃性与性能
通常,在简单性与性能之间存在着相互制约因素,但是实现某个同步策略时,一定不要为了性能而牺牲简单性(这可能会破坏安全性)
当执行时间较长的计算或者可能无法快速完成的操作(例如网络I/O或者控制台I/O),一定不要持有锁