前言

在软件编程中，多线程是个绕不开的话题。多线程的使用，能够提高程序的运行效率，但也带来新的问题：如何保证下面的线程安全呢？

无状态

例如：

public class Test {
public void threadMethod(int j) {
int i = 1;
j = j + i;
}

这个例子中，不存在全局变量，所以不存在线程安全问题。

官方解释：局部变量作用域仅限于函数内部， 离开该函数的内部就是无效的。

不可变

例如：

public class Test {
public static final String DEFAULT_NAME = "abc";
｝

这个例子中，全局变量被final修饰，所以不存在线程安全问题。

官方解释：final被修饰的变量为常量一旦赋值不能修改,被修改的方法为最终方法不能被重写，被修饰的类是最终类，不能被继承。

无修改权限

例如：

public class Test {
private String name;
public String getName() {
return name;
}
}

这个例子中，没有对外暴露修改name字段的入口，所以不存在线程安全问题。

官方解释：

• public 表示共有：类的数据成员和函数可以被该类对象和派生类访问。
• private 私有型：自己的类可以访问，但派生类不能访问。
• protected 保护型：自身类和派生类可以访问相当于自身的private型成员，它同private的区别就是在对待派生类的区别上。

synchronized

例如：

public class Test {
private int age = 18;


public synchronized int getAge1(int i) {
age = age + i;
return age;
}

public int getAge2(int i) {
synchronized(this){
age = age + i;
}
return age;
}

public int getAge3(int i) {
synchronized(Test.class){
age = age + i;
}
return age;
}
}

这个例子中，使用到了synchronized关键字，所以不存在线程安全问题。

官方解释： Synchronized可保证同一时刻有且只有一条线程在操作共享数据，其他线程必须等待该线程处理完数据后再对共享数据进行操作。

注意：

1. 使用synchronized修饰非静态方法或者使用synchronized修饰代码块时指定的为实例对象时，同一个类的不同对象拥有自己的锁，因此不会相互阻塞。
2. 使用synchronized修饰类和对象时，由于类对象和实例对象分别拥有自己的监视器锁，因此不会相互阻塞。
3. 使用synchronized修饰实例对象时，如果一个线程正在访问实例对象的一个synchronized方法时，其它线程不仅不能访问该synchronized方法，该对象的其它synchronized方法也不能访问，因为一个对象只有一个监视器锁对象，但是其它线程可以访问该对象的非synchronized方法。
4. 线程A访问实例对象的非static synchronized方法时，线程B也可以同时访问实例对象的static synchronized方法，因为前者获取的是实例对象的监视器锁，而后者获取的是类对象的监视器锁，两者不存在互斥关系。

Lock

例如：

public class Test {

private ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
private int age = 18;


public synchronized int getAge(int i) {
try{
reentrantLock.lock();
age = age + i;
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
reentrantLock.unlock();
}
return age;
}
}

这个例子中，使用到了ReentrantLock锁，所以不存在线程安全问题。

Lock不是Java语言内置的，synchronized是Java语言的关键字，因此是内置特性。Lock是一个类，通过这个类可以实现同步访问。

Lock和synchronized有一点非常大的不同，采用synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用；而Lock则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。

分布式锁

public class Test {

private StringRedisTemplate redisTemplate;
private int age = 18;


public synchronized int getAge(int i) {
String uuid = UUID.randomUUID().toString();
Boolean lock = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", uuid, 300, TimeUnit.SECONDS);
if(lock){
age = age + i;
}else{
getAge(i); //模拟自旋
}
return age;
}
}

这个例子中，使用到了rerdis的 setnx分布式锁，所以不存在线程安全问题。

如果你对redis分布式锁的用法和常见的坑，比较感兴趣的话，可以看看我的另一篇文章Redis缓存失效问题：缓存穿透-缓存雪崩-缓存击穿，有对分布式锁相关介绍说明

volatile

例如：

public class Test {
private volatile boolean running = false;
private Thread thread;

public void handle() {
//连接canal
while(running) {
//业务处理
}
}
public void start() {
thread = new Thread(this::handle, "name");
running = true;
thread.start();
}

public void stop() {
if(!running) {
return;
}
running = false;
}
}

这个例子中，全局变量使用volatile关键字，所以不存在线程安全问题。

官方解释：volatile是Java虚拟机提供的轻量级的同步机制，是基本上遵守了JMM的规范，主要是保证可见性和禁止指令重排，但是它并不保证原子性。

注意：volatile不能用于计数和统计等业务场景。因为volatile不能保证操作的原子性，可能会导致数据异常。

ThreadLocal

例如：

public class Test {
private ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal<>();

public void getAge(int i) {
try {
Integer integer = threadLocal.get();
threadLocal.set(integer == null ? 0 : integer + i);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
threadLocal.remove();
}
}

}

这个例子中，使用了ThreadLocal，所以不存在线程安全问题。

官方解释：ThreadLoal 变量，线程局部变量，同一个ThreadLocal 所包含的对象，在不同的 Thread 中有不同的副本且其它 Thread 不可访问，那就不存在多线程间共享的问题。

注意：我们平常在使用ThreadLocal时，如果使用完之后，一定要记得在finally代码块中，调用它的remove方法清空数据，不然可能会出现内存泄露问题

线程安全集合

例如：

public class HashMapTest {

    private static ConcurrentHashMap hashMap = new ConcurrentHashMap<>();

    public static void main(String[] args) {

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                hashMap.put("key1", "value1");
            }
        }).start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                hashMap.put("key2", "value2");
            }
        }).start();

        try {
            Thread.sleep(50);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(hashMap);
    }
}

这个例子中，使用了ConcurrentHashMap，所以不存在线程安全问题。

常见的线程安全集合还有：Vector, Hashtable, CopyOnWriteArrayList, CopyOnWriteArraySet, ConcurrentSkipListMap, ConcurrentSkipListSet, ConcurrentLinkedQueue, ConcurrentLinkedDeque、使用Collections包装成线程安全等

CAS

public class Test {
private AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();

public int getAge(int i) {
return atomicInteger.getAndAdd(i);
}

}

这个例子中，使用了atomicInteger，所以不存在线程安全问题。

synchronized加锁，同一时间，只能有一个线程访问，一致性得到了保障，并发性下降。CAS用的do while，没有加锁，反复的通过CAS比较，直到成功，既保证了一致性，又提高了并发性。

逻辑上可以这么理解：java.util.concurrent.atomic 这个包里面提供了一组原子类，其基本的特性就是在多线程环境下，当有多个线程同时执行这些类的实例包含的方法时，具有排他性，即当某个线程进入方法，执行其中的指令时，不会被其他线程打断，而别的线程就像自旋锁一样，一直等到该方法执行完成，才由 JVM 从等待队列中选择一个另一个线程进入。