线程安全问题产生的原因

临界区 Critical Section:

一个程序运行多个线程本身是没有问题的 问题出在多个线程访问共享资源 多个线程读共享资源其实也没有问题 在多个线程对共享资源读写操作时发生指令交错，就会出现问题 一段代码块内如果存在对共享资源的多线程读写操作，称这段代码块为临界区

static int counter = 0;

static void increment() 
// 临界区
{    
    counter++;
}

static void decrement() 
// 临界区
{    
    counter--;
}

竞态条件 Race Condition

多个线程在临界区内执行，由于代码的执行序列不同而导致结果无法预测，称之为发生了竞态条件

为了更好的阐述线程安全产生的原因_Java 的体现

两个线程对初始值为 0 的静态变量一个做自增，一个做自减，各做 5000 次，结果是 0 吗？

static int counter = 0;

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        for (int i = 0; i < 5000; i++) {
            counter++;
        }
    }, "t1");

    Thread t2 = new Thread(() -> {
        for (int i = 0; i < 5000; i++) {
            counter--;
        }
    }, "t2");

    t1.start();
    t2.start();
    t1.join();
    t2.join();
    log.debug("{}",counter);
}

问题分析

以上的结果可能是正数、负数、零。为什么呢？因为 Java 中对静态变量的自增，自减并不是原子操作，要彻底理解，必须从字节码来进行分析

例如对于 i++ 而言（i 为静态变量），实际会产生如下的 JVM 字节码指令：

getstatic     i  // 获取静态变量i的值
iconst_1         // 准备常量1
iadd             // 自增
putstatic     i  // 将修改后的值存入静态变量i

而对应 i-- 也是类似：

getstatic     i  // 获取静态变量i的值
iconst_1         // 准备常量1
isub             // 自减
putstatic     i  // 将修改后的值存入静态变量i

而 Java 的内存模型如下，完成静态变量的自增，自减需要在主存和工作内存中进行数据交换：

如果是单线程以上 8 行代码是顺序执行（不会交错）没有问题：

但多线程下这 8 行代码可能交错运行：

出现负数的情况：

出现正数的情况：

解决方案

这里只是暂且提几点解决方案,具体的解决方案应根据实际情况来进行选择

1.synchronized 解决方案

2.Lock 解决方案

3.原子变量

4.避免局部变量共享(private修饰局部变量)

5.避免共享变量的写操作,只有读操作的代码是不会有线程安全问题的

6.避免外星方法的使用:请比较 JDK 中 String 类的实现 , 采用 final 修饰类,预防子类重写父类方法造成的安全问题

7.避免线程安全类的多个方法组合;如:String , Integer , Hashtable ...都是线程安全类,但在多个方法组合调用时,就会有线程安全问题