Java并发编程 (四) 线程安全性

个人博客网：https://wushaopei.github.io/ (你想要这里多有)

一、线程安全性-原子性-atomic-1

1、线程安全性

定义：当某个线程访问某个类时，不管运行时环境采用何种调度方式或者这些锦城南将如何交替执行，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。

特点：

原子性：提供了互斥访问，同一时刻只能有一个线程来对它进行操作

可见性：一个线程对主内存的修改可以及时的被其他线程观察到

有序性：一个线程观察其他线程中的指令执行顺序，由于指令重排序的存在，该观察结果一般杂乱无序

2、原子性 - Atomic包

Atomic包下的类可以实现线程并发的原子性，主要的类有：

① AtomicXXX : CAS 、Unsafe.compareAndSwapInt

② AtomicLong、LongAdder

3、AtomicXXX 案例实测

使用Atomic确保线程并发的原子性，代码演示：

package com.mmall.concurrency.example.count;

import com.mmall.concurrency.annoations.NoThreadSafe;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

import java.util.concurrent.Semaphore;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**

 * @ClassName CountExample1

 * @Description TODO

 * @Author wushaopei

 * @Date 2019/10/30 17:10

 * @Version 1.0

 */

@Slf4j

@NoThreadSafe

public class CountExample2 {

    //请求总数

    public static int clientTotal = 5000;

    // 同时并发执行的线程数

    public static int threadTotal = 200;

    public static  AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);

        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);

        for (int i = 0 ; i < clientTotal ; i++){

            executorService.execute(()->{

                try {

                    semaphore.acquire();

                    add();

                    semaphore.release();

                }catch (Exception e){

                    log.error("exception",e);

                }

                countDownLatch.countDown();

            });

        }

        countDownLatch.await();

        executorService.shutdown();

        log.info("count:{}",count.get());

    }

    private static void  add(){

        count.incrementAndGet();

    }

}

执行结果：

17:14:59.658 [main] INFO com.mmall.concurrency.example.count.CountExample2 - count:5000

Process finished with exit code 0

由结果可知，无论执行多少次，count都是5000的值，说明了Atomic可以确保线程的安全性。

原理解析：

这里对add（）方法所做的修改，即将count++改为count.incrementAndGet()是保证线程安全的主要原因！

从源码进行分析：

点击计入incrementAndGet( )类中：

由源码可知，incrementAndGet()方法里使用了一个叫unsafe的类，该类实现了一个getAndAddInt()的方法，

进入getAndAddInt方法进一步分析：

由源码可知，getAndAddInt方法内部调用了do-while循环结构，在while循环条件中，调用了compareAndSwapInt()方法，这是一个重点，进一步查看该方法：

由图中源码可知，该方法被native所修饰，这是代表是java底层的方法，而不是通过java去实现的。

分析getAndAddInt()方法源码：

这里传过来的var1对象值相当于案例中的 count 值，其中的var2 值则是当前的值。

compareAndSwapInt()方法的作用是，在count值时，var2=2和var5=2的值相同时，将他的值更新为后面的var5+var4的值。这里的var5是从底层取的。

安全原则示例：当var2=2，var4=4,进入do作用域中，调用this.getIntVolatile()方法进行修改，然后进入while循环，此时会对var2和var5进行判断，var2是上一次修改后被返回的校验字段，而var5则是对应保存在底层的校验字段，单线程执行时，每一次var5都会在执行compareAndSwapInt()方法后进行变更，即每一次var4+var5都会++；

重点：当程序并发请求，当前线程执行var2=2时,有其他线程抢夺CPU执行权执行了一次compareAndSwapInt()方法后，当前线程再获得锁进入执行compareAndSwapInt()方法后var5发生改变，被替换为var4+var5(2+1=3)的值，var2=2和var5=3(此时底层取的是3)是不同的值，校验不通过。此时var2的值会重新从 count中取值，当var2取值为3后，再与var5=3进行比较，比较通过后，再对var4+var5进行执行，结果为3+1=4 ; 逻辑依次循环判断，不断对底层值进行覆盖，从而保证执行线程的安全。

4、AtomicLong、LongAdder 案例实测

1）AtomicLong代码实例：

package com.mmall.concurrency.example.atomic;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

import java.util.concurrent.Semaphore;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;

/**

 * @ClassName AtomicExample1

 * @Description TODO

 * @Author wushaopei

 * @Date 2019/10/31 10:23

 * @Version 1.0

 */

@Slf4j

@ThreadSafe

public class AtomicExample2 {

    //请求总数

    public static int clientTotal = 5000;

    // 同时并发执行的线程数

    public static int threadTotal = 200;

    public static AtomicLong count = new AtomicLong(0);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);

        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);

        for (int i = 0 ; i < clientTotal ; i++){

            executorService.execute(()->{

                try {

                    semaphore.acquire();

                    add();

                    semaphore.release();

                }catch (Exception e){

                    log.error("exception",e);

                }

                countDownLatch.countDown();

            });

        }

        countDownLatch.await();

        executorService.shutdown();

        log.info("count:{}",count);

    }

    private static void  add(){

        count.incrementAndGet();

    }

}

执行结果：

10:30:44.260 [main] INFO com.mmall.concurrency.example.atomic.AtomicExample2 - count:5000

Process finished with exit code 0

2）LongAdder代码实例：

package com.mmall.concurrency.example.atomic;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

import java.util.concurrent.Semaphore;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;

import java.util.concurrent.atomic.LongAdder;

/**

 * @ClassName AtomicExample1

 * @Description TODO

 * @Author wushaopei

 * @Date 2019/10/31 10:23

 * @Version 1.0

 */

@Slf4j

@ThreadSafe

public class AtomicExample3 {

    //请求总数

    public static int clientTotal = 5000;

    // 同时并发执行的线程数

    public static int threadTotal = 200;

    public static LongAdder count = new LongAdder();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);

        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);

        for (int i = 0 ; i < clientTotal ; i++){

            executorService.execute(()->{

                try {

                    semaphore.acquire();

                    add();

                    semaphore.release();

                }catch (Exception e){

                    log.error("exception",e);

                }

                countDownLatch.countDown();

            });

        }

        countDownLatch.await();

        executorService.shutdown();

        log.info("count:{}",count);

    }

    private static void  add(){

        count.increment();

    }

}

执行结果：

10:32:09.818 [main] INFO com.mmall.concurrency.example.atomic.AtomicExample3 - count:5000

Process finished with exit code 0

知识点：

对于普通类型的long、double变量，JVM允许将64位的读操作或写操作拆成两个32位的操作。

LongAdder的实现是基于什么思想？

LongAdder的核心是将核心数据分离；比如LongAdder内部的value分离成为一个数组，每个线程访问时通过hash等算法映射到其中一个数字进行计数，而最终的计数结果则为这个数组的求和累加，其中热点单元的数据会被分离为多个单元的shell，每个shell独自维护内部的值，当前对象的值由所有shell累计而成。这样的话，热点就进行了有效的分离并提高了并行度，这样一来LongAdder相当于在AtomicLong的基础上将单点的更新压力分散到各个节点上，在低并发的时候通过对base的值进行更新可以很好的保障和Atomic的性能基本一致，而在高并发的时候则通过分散提高了性能。

注意：实际在处理并发更新统计时，优先使用LongAdder。并发要求低时使用AtomicLong，效率高。

二、线程安全性-原子性-atomic-2

1、AtomicReference代码实例

package com.mmall.concurrency.example.atomic;

/**

 * @ClassName AtomicExample1

 * @Description TODO

 * @Author wushaopei

 * @Date 2019/10/31 10:23

 * @Version 1.0

 */

@Slf4j

@ThreadSafe

public class AtomicExample4 {

   private static AtomicReference<Integer> count = new AtomicReference<>(0);

    public static void main(String[] args) {

        count.compareAndSet(0,2); // 2

        count.compareAndSet(0,1); // no

        count.compareAndSet(1,3); // no

        count.compareAndSet(2,4); // 4

        count.compareAndSet(3,5); // no

        log.info("count:{}",count.get());

    }

}

执行结果：

10:55:53.811 [main] INFO com.mmall.concurrency.example.atomic.AtomicExample4 - count:4

Process finished with exit code 0

2、AtomicIntegerFieldUpdater代码实例

package com.mmall.concurrency.example.atomic;

import com.mmall.concurrency.annoations.ThreadSafe;

import lombok.Getter;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

/**

 * @ClassName AtomicExample1

 * @Description TODO

 * @Author wushaopei

 * @Date 2019/10/31 10:23

 * @Version 1.0

 */

@Slf4j

@ThreadSafe

public class AtomicExample5 {

    @Getter

    public volatile int count = 100;

    private static AtomicExample5 example5 = new AtomicExample5();

    private static AtomicIntegerFieldUpdater<AtomicExample5> updater = AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(AtomicExample5.class,"count");

    public static void main(String[] args) {

        if (updater.compareAndSet(example5,100,120)){

            log.info("update success 1, {}",example5.getCount());

        }

        if (updater.compareAndSet(example5,100,120)){

            log.info("update success 2, {}",example5.getCount());

        }else {

            log.info("update failed,{}",example5.getCount());

        }

    }

}

执行结果：

11:02:48.170 [main] INFO com.mmall.concurrency.example.atomic.AtomicExample5 - update success 1, 120

11:02:48.177 [main] INFO com.mmall.concurrency.example.atomic.AtomicExample5 - update failed,120

Process finished with exit code 0

分析执行结果：

AtomicIntegerFieldUpdater的核心是根据原子性去更新某个类的实例，当前案例修改的是AtomicExample5 类的example5 的某一个字段 count;这里要求count 必须被volatile进行修饰；执行第一个compareAndSet方法时，compareAndSet方法中是将第二个变量100修改为第三个变量120,此时example5通过getCount()更新成了120；再执行第二个compareAndSet方法时，example5与100校验不相同，不执行当前compareAndSet方法，所以没有日志打印，流程进入到else中，打印 “update failed ，120 ”。

3、AtomicStampReference：CAS的ABA问题

关于ABA问题：

ABA问题是指在CAS操作的时候，其他线程将变量的值A改成了B，但是又改回了A，本线程使用期望值A与当前变量进行比较的时候，发现A变量没有变，于是CAS就将A值进行了交换操作，这个时候，其实该值已经被其他线程改变过，这与设计思想是不符合的。

因此，ABA问题的解决思路是：每次变量更新的时候，把变量的版本号加一，那么之前那个A改成B，再改成A，就会变成A变成1版本，改成B变成2版本，再改回A变成3版本，这个时候只要变量被某一个线程修改过，该变量对应的版本号就会发生过递增变化。从而解决了ABA问题。

package com.mmall.concurrency.example.atomic;

import com.mmall.concurrency.annoations.ThreadSafe;

import lombok.Getter;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

import java.util.concurrent.Semaphore;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;

/**

 * @ClassName AtomicExample1

 * @Description TODO

 * @Author wushaopei

 * @Date 2019/10/31 10:23

 * @Version 1.0

 */

@Slf4j

@ThreadSafe

public class AtomicExample6 {

    //请求总数

    public static int clientTotal = 5000;

    // 同时并发执行的线程数

    public static int threadTotal = 200;

    public static AtomicBoolean isHappened = new AtomicBoolean(false);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);

        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);

        for (int i = 0 ; i < clientTotal ; i++){

            executorService.execute(()->{

                try {

                    semaphore.acquire();

                    test();

                    semaphore.release();

                }catch (Exception e){

                    log.error("exception",e);

                }

                countDownLatch.countDown();

            });

        }

        countDownLatch.await();

        executorService.shutdown();

        log.info("isHappened:{}",isHappened.get());

    }

    private static void test(){

        if (isHappened.compareAndSet(false,true)){

            log.info("execute");

        }

    }

}

执行结果：

11:25:55.399 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.atomic.AtomicExample6 - execute

11:25:55.429 [main] INFO com.mmall.concurrency.example.atomic.AtomicExample6 - isHappened:true

结果分析：为什么声明了5000次线程，却只执行了一次？

因为AtomicBoolean的compareAndSet具有原子性，它可以保证从false变成true只有一次，之后的4999次在compareAndSet的判断当前值为true后，不会再执行变成true的操作。

使用场景：让某一段代码只执行一次，而不会发生重复。

三、线程安全性-原子性-synchronized

原子性的实现是加锁；而加锁的方式有两种：synchronized 、Lock

区别：

synchronized : 依赖JVM

Lock : 依赖特殊的CPU指令，代码实现，ReentrantLock

1、原子性 - synchronized

1）synchronized 的使用：

修饰代码块：大括号括起来的代码，作用于调用的对象

修饰方法：整个方法，作用于调用的对象

修饰静态方法：整个静态方法，作用于所有对象

修饰类：括号括起来的部分，作用于所有对象

同步操作：

修饰代码块也叫同步代码块

修饰方法也叫同步方法

synchronized关键字代码演示：

2、同一对象的两个线程调用同步代码块：

package com.mmall.concurrency.example.sync;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

/**

 * @ClassName SynchronizedExample1

 * @Description TODO

 * @Author wushaopei

 * @Date 2019/10/31 14:11

 * @Version 1.0

 */

@Slf4j

public class SynchronizedExample1 {

    //修饰一个代码块

    //作用的对象是调用的对象

    public void test1(){

        synchronized (this){

            for (int i = 0 ; i < 10 ; i ++){

                log.info("test1 - {}",i);

            }

        }

    }

    //修饰一个方法

    public synchronized void test2(){

        for (int i = 0 ; i < 10 ; i ++){

            log.info("test - {}",i);

        }

    }

    public static void main(String[] args) {

        SynchronizedExample1 example1 = new SynchronizedExample1();

        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        //在不使用线程池的情况下，本身就是同步执行，synchronized修饰意义不大，

        //使用线程池后，存在两条线程，同时执行代码，在没有synchronized修饰时是并发异步的执行，交替穿插打印结果

        //使用synchronized修饰后，由于锁定的是当前对象example1，所以只有第一个线程执行完，第二个线程才会执行

        executorService.execute(()->{

            example1.test2();

        });

        executorService.execute(()->{

            example1.test2();

        });

    }

}

执行test1（）同步方法，结果：

14:21:22.164 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 - 0

14:21:22.168 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 - 1

14:21:22.168 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 - 2

14:21:22.168 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 - 3

14:21:22.168 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 - 4

14:21:22.168 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 - 5

14:21:22.168 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 - 6

14:21:22.168 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 - 7

14:21:22.168 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 - 8

14:21:22.168 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 - 9

14:21:22.168 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 - 0

14:21:22.168 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 - 1

14:21:22.168 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 - 2

14:21:22.168 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 - 3

14:21:22.168 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 - 4

14:21:22.168 [pool-1-thread-2] INFO

由结果可知，先执行完线程1的test1-0到test1-9，再执行线程2的test0到test9

执行test2()同步方法

    executorService.execute(()->{

        example1.test2();

    });

    executorService.execute(()->{

        example1.test2();

    });

运行test2()方法,打印结果：

14:24:17.003 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 - 0

14:24:17.008 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 - 1

14:24:17.008 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 - 2

14:24:17.008 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 - 3

14:24:17.008 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 - 4

14:24:17.008 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 - 5

14:24:17.008 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 - 6

14:24:17.008 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 - 7

14:24:17.008 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 - 8

14:24:17.008 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 - 9

14:24:17.008 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 - 0

14:24:17.008 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 - 1

14:24:17.008 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 - 2

由结果可知，先执行完线程1的test2-0到test2-9，再执行线程2的test2-0到test2-9

3、不同对象调用同步代码块：

public void test1(int j){

    synchronized (this){

        for (int i = 0 ; i < 10 ; i ++){

            log.info("test1 {} - {}",j,i);

        }

    }

}

public static void main(String[] args) {

    SynchronizedExample1 example1 = new SynchronizedExample1();

    SynchronizedExample1 example2 = new SynchronizedExample1();

    ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

executorService.execute(()->{

        example1.test1(1);

    });

    executorService.execute(()->{

        example2.test1(2);

    });

}

执行结果：

14:31:42.315 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 1 - 0

14:31:42.315 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 2 - 0

14:31:42.320 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 1 - 1

14:31:42.320 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 2 - 1

14:31:42.320 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 1 - 2

14:31:42.320 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 1 - 3

14:31:42.320 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 2 - 2

14:31:42.320 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 1 - 4

14:31:42.320 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 2 - 3

14:31:42.320 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 1 - 5

14:31:42.320 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 2 - 4

14:31:42.321 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 2 - 5

14:31:42.321 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 1 - 6

14:31:42.321 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 2 - 6

14:31:42.321 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 2 - 7

14:31:42.321 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 1 - 7

14:31:42.321 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 2 - 8

14:31:42.321 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 1 - 8

14:31:42.321 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 2 - 9

14:31:42.321 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test1 1 - 9

由结果可知，两个不同的对象调用同步代码块时，它们的结果是互相不影响的。

执行test2()同步方法，

//修饰一个方法

public synchronized void test2(int j){

    for (int i = 0 ; i < 10 ; i ++){

        log.info("test2 {} - {}",j,i);

    }

}

executorService.execute(()->{

    example1.test2(1);

});

executorService.execute(()->{

    example2.test2(2);

});

执行结果：

14:37:14.704 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 2 - 0

14:37:14.704 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 1 - 0

14:37:14.708 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 1 - 1

14:37:14.708 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 2 - 1

14:37:14.708 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 1 - 2

14:37:14.708 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 2 - 2

14:37:14.708 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 1 - 3

14:37:14.708 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 2 - 3

14:37:14.708 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 1 - 4

14:37:14.708 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 2 - 4

14:37:14.708 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 1 - 5

14:37:14.708 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 2 - 5

14:37:14.708 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 1 - 6

14:37:14.708 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 2 - 6

14:37:14.708 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 1 - 7

14:37:14.708 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 1 - 8

14:37:14.708 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 2 - 7

14:37:14.708 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 1 - 9

14:37:14.708 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 2 - 8

14:37:14.708 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample1 - test2 2 - 9

有结果可知，两个不同的对象调用同步方法时，它们的结果是互相不影响的。

4、静态同步方法、静态同步代码块：

package com.mmall.concurrency.example.sync;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

/**

 * @ClassName SynchronizedExample1

 * @Description TODO

 * @Author wushaopei

 * @Date 2019/10/31 14:11

 * @Version 1.0

 */

@Slf4j

public class SynchronizedExample2 {

    //修饰一个代码块

    //作用的对象是调用的对象

    public static void test1(int j){

         synchronized  (SynchronizedExample2.class){

            for (int i = 0 ; i < 10 ; i ++){

                log.info("test1 {} - {}",j,i);

            }

        }

    }

    //修饰一个静态方法

    public static synchronized void test2(int j){

        for (int i = 0 ; i < 10 ; i ++){

            log.info("test2 {} - {}",j,i);

        }

    }

    public static void main(String[] args) {

        SynchronizedExample2 example1 = new SynchronizedExample2();

        SynchronizedExample2 example2 = new SynchronizedExample2();

        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        executorService.execute(()->{

            example1.test2(1);

        });

        executorService.execute(()->{

            example2.test2(2);

        });

    }

}

静态同步代码块测试结果：

14:46:52.930 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 1 - 0

14:46:52.935 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 1 - 1

14:46:52.935 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 1 - 2

14:46:52.935 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 1 - 3

14:46:52.935 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 1 - 4

14:46:52.935 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 1 - 5

14:46:52.935 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 1 - 6

14:46:52.935 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 1 - 7

14:46:52.935 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 1 - 8

14:46:52.935 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 1 - 9

14:46:52.935 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 2 - 0

14:46:52.935 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 2 - 1

14:46:52.935 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 2 - 2

14:46:52.935 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 2 - 3

14:46:52.935 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 2 - 4

14:46:52.935 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 2 - 5

14:46:52.935 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 2 - 6

14:46:52.935 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 2 - 7

14:46:52.935 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 2 - 8

14:46:52.935 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test1 2 - 9

静态同步方法测试结果：

14:43:19.042 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 1 - 0

14:43:19.046 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 1 - 1

14:43:19.046 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 1 - 2

14:43:19.046 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 1 - 3

14:43:19.046 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 1 - 4

14:43:19.046 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 1 - 5

14:43:19.046 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 1 - 6

14:43:19.046 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 1 - 7

14:43:19.046 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 1 - 8

14:43:19.046 [pool-1-thread-1] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 1 - 9

14:43:19.046 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 2 - 0

14:43:19.046 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 2 - 1

14:43:19.047 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 2 - 2

14:43:19.047 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 2 - 3

14:43:19.047 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 2 - 4

14:43:19.047 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 2 - 5

14:43:19.047 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 2 - 6

14:43:19.047 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 2 - 7

14:43:19.047 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 2 - 8

14:43:19.047 [pool-1-thread-2] INFO com.mmall.concurrency.example.sync.SynchronizedExample2 - test2 2 - 9

Process finished with exit code 0

5、对并发执行增加操作线程使用synchronized修饰：

@Slf4j

@ThreadSafe

public class CountExample3 {

    //请求总数

    public static int clientTotal = 5000;

    // 同时并发执行的线程数

    public static int threadTotal = 200;

    public static int count = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);

        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);

        for (int i = 0 ; i < clientTotal ; i++){

            executorService.execute(()->{

                try {

                    semaphore.acquire();

                    add();

                    semaphore.release();

                }catch (Exception e){

                    log.error("exception",e);

                }

                countDownLatch.countDown();

            });

        }

        countDownLatch.await();

        executorService.shutdown();

        log.info("count:{}",count);

    }

    //同步方法锁 --- synchronized

    private synchronized static void  add(){

        count ++;

    }

}

14:49:18.636 [main] INFO com.mmall.concurrency.example.count.CountExample3 - count:5000

Process finished with exit code 0

由执行结果可知，count符合执行的要求，说明当前程序是线程安全的

6、原子性 - 对比

synchronized : 不可中断锁，适合竞争不激烈，可读性好

Lock : 可中断锁，多样化同步，竞争激烈时能维持常态

Atomic ：竞争激烈时能维持常态，比Lock性能好；只能同步一个值

四、线程安全性-可见性

可见性：一个线程对主内存的修改可以及时的被其他线程观察到

1、导致共享变量在线程间不可见的原因

线程交叉执行

重排序结合线程交叉执行

共享变量更新后的值没有在工作内存与主存间及时更新

保证线程可见性的方法 —— synchronized 、volatile

2、JMM关于synchronized的两条规定

线程解锁前，必须把共享变量的最新值刷新到主内存
线程加锁时，将清空工作内存中共享变量的值，从而使用共享变量时需要从主内存中重新读取最新的值（注意，加锁与解锁是同一把锁）

3、可见性 - volatile

volatile实现内存可见性的原理：通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现

① 对volatile变量写操作时，会在写操作后加入一条store屏障指令，将本地内存中的共享变量值刷新到主内存

② 对volatile变量读操作时，会在读操作前加入一条load屏障指令，从主内存中读取共享变量

4、Volatile 代码示例

public class CountExample4 {

    //请求总数

    public static int clientTotal = 5000;

    // 同时并发执行的线程数

    public static int threadTotal = 200;

    public static volatile int count = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);

        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);

        for (int i = 0 ; i < clientTotal ; i++){

            executorService.execute(()->{

                try {

                    semaphore.acquire();

                    add();

                    semaphore.release();

                }catch (Exception e){

                    log.error("exception",e);

                }

                countDownLatch.countDown();

            });

        }

        countDownLatch.await();

        executorService.shutdown();

        log.info("count:{}",count);

    }

    private static void  add(){

        count ++;

    }

}

执行结果：

15:04:05.623 [main] INFO com.mmall.concurrency.example.count.CountExample4 - count:4922

Process finished with exit code 0

由结果可知,count小于5000，说明当前线程依旧是不安全的

结果说明了直接使用volatile做加操作，是线程不安全的；同时也说明了volatile不具有原子性。

5、Volatile适合什么样的场景？

使用volatile必须具备两个条件：

对变量的写操作不依赖于当前值；

该变量没有包含在具有其他变量的独变量的式子中。

6、volatile代码片段分析：

 volatile boolean inited = false;

 //线程1：

 context = loadContext();

 inited = true;

 //线程2：

 while(!inited){

    sleep():

 }

 doSomethingWithConfig(context);

分析：当线程1初始化完成后，inited变为true，此时线程2的while会！Inited变为false，知道了线程1初始化已经完成，可以继续从主内存读取变量值并执行相应的业务。这时候线程2去使用初始化好的context就不会出问题了。

五、线程安全性-有序性与总结

1、有序性

定义： Java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性；

实现方式： volatile 、synchronized、Lock

2、有序性 - happens - before原则

程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作；

锁定规则：一个unlOCK操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作

volatile变量你规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作

传递规则：如果操作A线性发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C

线程启动规则： Thread对象的start()方法先行于发生于此线程的每一个动作

线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生

线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、 Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行

对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于它的finalize()方法的开始

小结：

原子性： Atomic包、CAS算法、synchronized、Lock

可见性：synchronized 、volatile

有序性：happens-before