java多线程基础知识：如何编写线程安全代码

深碍√TFBOYSˉ_ 2022-09-19 04:30 158阅读 0赞

如果多个线程访问同一个可变的状态变量时没有使用合适的同步，那么程序就可能会出错。有三种方式可以修复这个问题：

*  1）不在线程直接共享该状态（设计成只供单线程独自使用）
 *  2）将状态变量变成不可变的变量（可见，没有变量的类也一定是线程安全的）
 *  3）在访问状态变量时使用同步

如何定义一个类是否线程安全：当多个线程访问某个类时，不管运行时环境采用何种调用方式（单线程或多线程）又或者这些线程如何交替执行，并且在主调用代码（即使用该类的客户代码）中不需要任何额外的同步或协同机制，这个类都能表现出正确的预期行为，那么这个类就是线程安全的。

**发生线程安全问题的情况有几种：**

1、保证原子操作。例如以为i++是原子操作，其实不然，i++是分两步完成的，所以当我们在多个线程并发操作时就可能产生错误，例如以下代码：

public class UnsafeSequence{
        private int value;
        public int getNext(){
               return value++;
        }
    }

在多线程时：

![SouthEast][]

正确的书写方法：

public class UnsafeSequence{
        private int value;
        public synchronized int getNext(){
               return value++;
        }
    }

解决这个问题，除了可以用同步方法外，还可以使用java提供的原子变量，例如AtomicLong 、AtomicReference

public class CountingFactorizer implements Servlet {
        private final AtomicLong count = new AtomicLong(0);
    
        public long getCount() { return count.get(); }
    
        public void service(ServletRequest req, ServletResponse resp) {
            BigInteger i = extractFromRequest(req);
            BigInteger[] factors = factor(i);
            count.incrementAndGet();
            encodeIntoResponse(resp, factors);
        }
    
    }

**因此，servlet中的变量都必须使用同步或者原子变量。**

2、竞态条件（racing condition）

例如我们常用的javabean中的get代码：

public class LazyInitRace {
        private ExpensiveObject instance = null;
    
        public ExpensiveObject getInstance() {
            if (instance == null)
                instance = new ExpensiveObject();
            return instance;
        }
    }

其实在多线程下也是错误的，因为同时两个线程访问getInstance方法就有可能返回了两个不同的对象

正确写法

public class LazyInitRace {
        private ExpensiveObject instance = null;
    
        public synchronized ExpensiveObject getInstance() {
            if (instance == null)
                instance = new ExpensiveObject();
            return instance;
        }
    }

**内置锁（intrinsic Lock）**

使用synchronized(this)括起的代码段（如果没有指定其他锁名），都默认使用类中的内置锁，即锁住对象本身。

但使用synchronized声明的方法锁住的是调用该方法的对象。这个要注意。

内置锁是一种互斥锁，只有一个线程能持有锁，其他线程必须等待。synchronized使代码段以串行方式执行，代码段中的变量都受锁保护。

**使用锁的简单原则**

*  如果使用了synchronized，那么每次只能供一个线程调用，因此servlet中的方法不宜使用。
 *  一个线程使用一个CPU内核，所以多核环境对多线程程序很有帮助。
 *  同步代码段大会影响吸性能，所以当执行时间长或者无法快速完成的操作，如网络I/O等，建议不要用锁。

**structs Action的线程问题：**

Struts1 Action是单例模式并且必须是线程安全的，因为仅有Action的一个实例来处理所有的请求。单例策略限制了Struts1 Action能作的事，并且要在开发时特别小心。Action资源必须是线程安全的或同步的。  
Struts2 Action可以使用原型模式scope=prototype,这样对象为每一个请求产生一个实例，因此没有线程安全问题。

总结：  
在Java的Web服务器环境下开发，要注意线程安全的问题。最简单的实现方式就是在Servlet和Struts Action里不要使用类变量、实例变量，但可以使用类常量和实例常量。如果有这些变量，可以将它们转换为方法的参数传入，以消除它们。  
注意一个容易混淆的地方：被Servlet或Action调用的类中(如值对象、领域模型类)中是否可以安全的使用实例变量？如果你在每次方法调用时新建一个对 象，再调用它们的方法，则不存在同步问题---因为它们不是多个线程共享的资源，只有共享的资源才需要同步---而Servlet和Action的实例对于多个线程是共享 的。  
换句话说，Servlet和Action的实例会被多个线程同时调用，而过了这一层,如果在你自己的代码中没有另外启动线程，且每次调用后续业务对象时都是先 新建一个实例再调用，则都是线程安全的。

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