當多個線程去訪問某個類時，如果類會表現出我們預期出現的行為，那麼可以稱這個類是線程安全的。
什麼時候會出現線程不安全？
操作並非原子。多個線程執行某段代碼，如果這段代碼產生的結果受不同線程之間的執行時序影響，而產生非預期的結果，即發生了靜態條件，就會出現線程不安全;
常見場景：
1. count++。它本身包含三個操作，讀取、修改、寫入，多線程時，由於線程執行的時序不同，有可能導致兩個線程執行後 count 只加了 1，而原有的目標確實希望每次執行都加 1；
2. 單例。多個線程可能同時執行到instance == null成立，然後新建了兩個對象，而原有目標是希望這個對象永遠只有一個；
public MyObj getInstance(){
if (instance == null){
instance = new MyObj();
}
return instance
}
解決方式是：當前線程在操作這段代碼時，其它線程不能對進行操作
常見方案：
1. 單個狀態使用 java.util.concurrent.atomic 包中的一些原子變量類，注意如果是多個狀態就算每個操作是原子的，複合使用的時候並不是原子的；
2. 加鎖。比如使用 synchronized 包圍對應代碼塊，保證多線程之間是互斥的，注意應儘可能的只包含在需要作為原子處理的代碼塊上；
synchronized 的可重複性
當線程要去獲取它自己已經持有的鎖是會成功的，這樣的鎖是可重入的，synchronized 是可重入的
class Paxi {
public synchronized void sayHello(){
System.out.println("hello");
}
}
class MyClass extends Paxi{
public synchronized void dosomething(){
System.out.println("do thing ..");
super.sayHello();
System.out.println("over");
}
}
它的輸出為
do thing ..
hello
over
修改不可見。讀線程無法感知到其它線程寫入的值
常見場景：
1. 重排序。在沒有同步的情況下，編譯器、處理器以及運行時等都有可能對操作的執行順序進行調整，即寫的代碼順序和真正的執行順序不一樣, 導致讀到的是一個失效的值
2. 讀取 long、double 等類型的變量。JVM 允許將一個 64 位的操作分解成兩個 32 位的操作，讀寫在不同的線程中時，可能讀到錯誤的高低位組合
常見方案：
不同步的情況下如何做到線程安全？
1. 線程封閉。即僅在單線程內訪問數據，線程封閉技術有以下幾種：
Ad-hoc 線程封閉。即靠自己寫程序來實現，比如保證程序只在單線程上對 volatile 進行 讀取-修改-寫入
棧封閉。所有的操作都發生執行線程的棧中，比如在方法中的一個局部變量
ThreadLocal 類。內部維護了每個線程和變量的一個獨立副本
1. 只讀共享。即使用不可變的對象。
使用 final 去修飾字段，這樣這個字段的 “值” 是不可改變的
創建一個不可變的類，來包含多個可變的數據。
class OneValue{
//創建不可變對象，創建之後無法修改，事實上這裏也沒有提供修改的方法
private final BigInteger last;
private final BigInteger[] lastfactor;
public OneValue(BigInteger i,BigInteger[] lastfactor){
this.last=i;
this.lastfactor=Arrays.copy(lastfactor,lastfactor.length);
}
public BigInteger[] getF(BigInteger i){
if(last==null || !last.equals(i)){
return null;
}else{
return Arrays.copy(lastfactor,lastfactor.length)
}
}
}
class MyService {
//volatile使得cache一經更改，就能被所有線程感知到
private volatile OneValue cache=new OneValue(null,null);
public void handle(BigInteger i){
BigInteger[] lastfactor=cache.getF(i);
if(lastfactor==null){
lastfactor=factor(i);
//每次都封裝最新的值
cache=new OneValue(i,lastfactor)
}
nextHandle(lastfactor)
}
}
如何構造線程安全的類？
實例封閉。將一個對象封裝到另一個對象中，這樣能夠訪問被封裝對象的所有代碼路徑都是已知的，通過合適的加鎖策略可以確保被封裝對象的訪問是線程安全的。
public static
List
synchronizedList(List
list) {
return (list instanceof RandomAccess ?
new SynchronizedRandomAccessList<>(list) :
new SynchronizedList<>(list));
SynchronizedList 的實現, 注意此處用到的 mutex 是內置鎖
static class SynchronizedList
extends SynchronizedCollection
implements List
private static final long serialVersionUID = -7754090372962971524L;
final List
{
list;
public E get(int index) {
synchronized (mutex) {return list.get(index);}
}
public E set(int index, E element) {
synchronized (mutex) {return list.set(index, element);}
}
public void add(int index, E element) {
synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
}
public E remove(int index) {
synchronized (mutex) {return list.remove(index);}
}
}
mutex 的實現
static class SynchronizedCollection
private static final long serialVersionUID = 3053995032091335093L;
final Collection
implements Collection
, >Serializable {
c; // Backing Collection
final Object mutex; // Object on which to synchronize
SynchronizedCollection(Collection
if (c==null)
throw new NullPointerException();
this.c = c;
mutex = this; // mutex實際上就是對象本身
}
c) {
什麼是監視器模式
java 的監視器模式，將對象所有可變狀態都封裝起來，並由對象自己的內置鎖來保護, 即是一種實例封閉。比如 HashTable 就是運用的監視器模式。它的 get 操作就是用的 synchronized，內置鎖，來實現的線程安全
public synchronized V get(Object key) {
Entry tab[] = table;
int hash = hash(key);
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Entry
e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
return e.value;
}
}
return null;
}
內置鎖
每個對象都有內置鎖。內置鎖也稱為監視器鎖。或者可以簡稱為監視器線程執行一個對象的用 synchronized 修飾的方法時，會自動的獲取這個對象的內置鎖，方法返回時自動釋放內置鎖，執行過程中就算拋出異常也會自動釋放。以下兩種寫法等效:
synchronized void myMethdo(){
//do something
}
void myMethdo(){
synchronized(this){
//do somthding
}
}
私有鎖
public class PrivateLock{
private Object mylock = new Object(); //私有鎖
void myMethod(){
synchronized(mylock){
//do something
}
}
}
它也可以用來保護對象，相對內置鎖，優勢在於私有鎖可以有多個，同時可以讓客户端代碼顯示的獲取私有鎖
類鎖
在 staic 方法上修飾的，一個類的所有對象共用一把鎖
1. 把線程安全性委託給線程安全的類
如果一個類中的各個組件都是線程安全的，該類是否要處理線程安全問題？
視情況而定。
1. 只有單個組件，且它是線程安全的。
public class DVT{
private final ConcurrentMap
locations;
private final Map
unmodifiableMap;
public DVT(Map{
locations=new ConcurrentHashMap
points)
(points);
unmodifiableMap=Collections.unmodifiableMap(locations);
}
public Map{
return unmodifiableMap;
}
public Point getLocation(String id){
return locations.get(id);
}
public void setLocation(String id,int x,int y){
if(locations.replace(id,new Point(x,y))==null){
throw new IllegalArgumentException("invalid "+id);
}
}
}
public class Point{
public final int x,y;
public Point(int x,int y){
this.x=x;
this.y=y;
}
}
getLocations()
線程安全性分析
Point 類本身是無法更改的，所以它是線程安全的，DVT 返回的 Point 方法也是線程安全的
DVT 的方法 getLocations 返回的對象是不可修改的，是線程安全的
setLocation 實際操作的是 ConcurrentHashMap 它也是線程安全的
綜上，DVT 的安全交給了‘locations’，它本身是線程安全的，DVT 本身雖沒有任何顯示的同步，也是線程安全。這種情況下，就是 DVT 的線程安全實際是委託給了‘locations’, 整個 DVT 表現出了線程安全。
1. 線程安全性委託給了多個狀態變量只要多個狀態變量之間彼此獨立，組合的類並不會在其包含的多個狀態變量上增加不變性。依賴的增加則無法保證線程安全
public class NumberRange{
private final AtomicInteger lower = new AtomicInteger(0);
private final AtomicInteger upper = new AtomicInteger(0);
public void setLower(int i){
//先檢查後執行，存在隱患
if (i>upper.get(i)){
throw new IllegalArgumentException('can not ..');
}
lower.set(i);
}
public void setUpper(int i){
//先檢查後執行，存在隱患
if(i
throw new IllegalArgumentException('can not ..');
}
upper.set(i);
}
}
setLower 和 setUpper 都是‘先檢查後執行’的操作，但是沒有足夠的加鎖機制保證操作的原子性。假設原始範圍是 (0,10), 一個線程調用 setLower(5), 一個設置 setUpper(4) 錯誤的執行時序將可能導致結果為(5,4)
如何對現有的線程安全類進行擴展？
1. 直接修改原有的代碼。但通常沒有辦法修改源代碼
2. 繼承。繼承原有的代碼，添加新的功能。但是同步策略保存在兩份文件中，如果底層同步策略變更，很容易出問題
3. 組合。將類放入一個輔助類中，通過輔助類的操作代碼。比如擴展 Collections.synchronizedList。期間需要注意鎖的機制，錯誤方式為
public class ListHelper
public List
{
list=Collections.synchronizedList(new ArrayList
());
...
public synchronized boolean putIfAbsent(E x){
boolean absent = !list.contains(x);
if(absent){
list.add(x);
}
return absent;
}
}
這裏的 putIfAbsent 並不能帶來線程安全，原因是 list 的內置鎖並不是 ListHelper, 也就是 putIfAbsent 相對 list 的其它方法並不是原子的。Collections.synchronizedList 是鎖在 list 本身的，正確方式為
public boolean putIfAbsent(E x){
synchronized(list){
boolean absent = !list.contains(x);
if(absent){
list.add(x);
}
return absent;
}
}
另外可以不管要操作的類是否是線程安全，對類統一添加一層額外的鎖。實現參考 Collections.synchronizedList 方法
