这8种保证线程安全的技术你都知道吗？

苏三说技术

发布于 2020-10-15 14:47:24

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发布于 2020-10-15 14:47:24

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并发情况下如何保证数据安全，一直都是开发人员每天都要面对的问题，稍不注意就会出现数据异常，造成不可挽回的结果。笔者根据自己的实际开发经验，总结了下面几种保证数据安全的技术手段：

无状态
不可变
安全的发布
volatile
synchronized
lock
cas
threadlocal

一.无状态

我们都知道只有多个线程访问公共资源的时候，才可能出现数据安全问题，那么如果我们没有公共资源，是不是就没有这个问题呢？

public class NoStatusService {

    public void add(String status) {
        System.out.println("add status:" + status);
    }

    public void update(String status) {
        System.out.println("update status:" + status);
    }
}

二.不可变

如果多个线程访问公共资源是不可变的，也不会出现数据的安全性问题。

public class NoChangeService {
    public static final String DEFAULT_NAME = "abc";

    public void add(String status) {
        System.out.println("add status:" + status);
    }
}

三.安全的发布

如果类中有公共资源，但是没有对外开放访问权限，即对外安全发布，也没有线程安全问题

public class SafePublishService {
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void add(String status) {
        System.out.println("add status:" + status);
    }
}

四.volatile

如果有些公共资源只是一个开关，只要求可见性，不要求原子性，这样可以用volidate关键字定义来解决问题。

public class FlagService {
    public volatile boolean flag = false;

    public void change() {
        if (flag) {
            System.out.println("return");
            return;
        }       
       flag = true;
        System.out.println("change");
    }
}

五.synchronized

使用JDK内部提供的同步机制，这也是使用比较多的手段，分为：方法同步和代码块同步，我们优先使用代码块同步，因为方法同步的范围更大，更消耗性能。每个对象内部都又一把锁，只有抢答那把锁的线程，才能进入代码块里，代码块执行完之后，会自动释放锁。

public class SyncService {
    private int age = 1;

    public synchronized void add(int i) {
        age = age + i;        
        System.out.println("age:" + age);
    }

    public void update(int i) {
        synchronized (this) {
            age = age + i;                          
            System.out.println("age:" + age);
        }    
     }
}

六.lock

除了使用synchronized关键字实现同步功能之外，JDK还提供了lock显示锁的方式。它包含：可重入锁、读写锁等更多更强大的功能，有个小问题就是需要手动释放锁，不过在编码时提供了更多的灵活性。

public class LockService {
    private ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
    public int age = 1;
    
    public void add(int i) {
        try {
            reentrantLock.lock();
            age = age + i;           
            System.out.println("age:" + age);
        } finally {
            reentrantLock.unlock();        
        }    
   }
}

七.cas

JDK除了使用锁的机制解决多线程情况下数据安全问题之外，还提供了cas机制。这种机制是使用CPU中比较和交换指令的原子性，JDK里面是通过Unsafe类实现的。cas需要四个值：旧数据、期望数据、新数据和地址，比较旧数据和期望的数据如果一样的话，就把旧数据改成新数据，当前线程不断自旋，一直到成功为止。不过可能会出现aba问题，需要使用AtomicStampedReference增加版本号解决。其实，实际工作中很少直接使用Unsafe类的，一般用atomic包下面的类即可。

public class AtomicService {
    private AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
    
    public int add(int i) {
        return atomicInteger.getAndAdd(i);
    }
}

八.threadlocal

除了上面几种解决思路之外，JDK还提供了另外一种用空间换时间的新思路：threadlocal。它的核心思想是：共享变量在每个线程都有一个副本，每个线程操作的都是自己的副本，对另外的线程没有影响。特别注意，使用threadlocal时，使用完之后，要记得调用remove方法，不然可能会出现内存泄露问题。

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

    public void add(int i) {
        Integer integer = threadLocal.get();
        threadLocal.set(integer == null ? 0 : integer + i);
    }

}