Java线程安全

简介[编辑 | 编辑源代码]

线程安全是Java多线程编程中的核心概念，指当多个线程同时访问某个类、对象或方法时，系统能确保其行为始终符合设计预期，不会因线程调度顺序而产生数据不一致或逻辑错误。线程安全的本质是通过同步机制控制对共享资源的并发访问。

为什么需要线程安全[编辑 | 编辑源代码]

当多个线程访问共享数据时，可能引发以下问题：

竞态条件（Race Condition）：线程执行顺序影响最终结果
内存可见性（Memory Visibility）：线程修改对其他线程不可见
指令重排序（Instruction Reordering）：编译器/处理器优化导致意外行为

线程安全实现方式[编辑 | 编辑源代码]

1. 不可变对象[编辑 | 编辑源代码]

最简单的方式是使用不可变（Immutable）对象：

public final class ImmutableValue {
    private final int value;
    
    public ImmutableValue(int value) {
        this.value = value;
    }
    
    public int getValue() {
        return value;
    }
}

2. 同步方法[编辑 | 编辑源代码]

使用synchronized关键字修饰方法：

public class Counter {
    private int count = 0;
    
    public synchronized void increment() {
        count++;
    }
    
    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

3. 同步代码块[编辑 | 编辑源代码]

更细粒度的控制：

public void addName(String name) {
    synchronized(this) {
        lastName = name;
        nameCount++;
    }
    nameList.add(name);
}

4. volatile 关键字[编辑 | 编辑源代码]

解决可见性问题：

public class SharedObject {
    private volatile int sharedCounter = 0;
}

5. 原子类[编辑 | 编辑源代码]

java.util.concurrent.atomic包提供的原子类：

AtomicInteger atomicInt = new AtomicInteger(0);

int newValue = atomicInt.incrementAndGet(); // 原子操作

6. 线程安全集合[编辑 | 编辑源代码]

Java并发包提供的线程安全集合：

ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put("key", 1);

线程安全级别[编辑 | 编辑源代码]

根据安全程度可分为：

安全级别	描述	示例
不可变	对象完全不可变	`String`
无条件安全	内部同步保证安全	`ConcurrentHashMap`
有条件安全	需要正确使用才能安全	`Collections.synchronizedList`
非线程安全	完全不保证安全	`ArrayList`

死锁与避免[编辑 | 编辑源代码]

四个必要条件： 1. 互斥条件 2. 请求与保持 3. 不可剥夺 4. 循环等待

避免策略：

加锁顺序一致
使用定时锁（tryLock）
死锁检测

性能考量[编辑 | 编辑源代码]

同步会带来性能开销，需权衡：

减少同步范围
使用读写锁（ReentrantReadWriteLock）
考虑无锁编程

实际案例[编辑 | 编辑源代码]

银行转账问题[编辑 | 编辑源代码]

public class BankAccount {
    private double balance;
    
    public synchronized void deposit(double amount) {
        balance += amount;
    }
    
    public synchronized void withdraw(double amount) {
        if (balance >= amount) {
            balance -= amount;
        }
    }
    
    // 必须同步整个转账过程
    public static void transfer(BankAccount from, 
                               BankAccount to, 
                               double amount) {
        synchronized(from) {
            synchronized(to) {
                from.withdraw(amount);
                to.deposit(amount);
            }
        }
    }
}