Java 线程安全思路

线程安全

1、先来了解一下：为什么多线程并发是不安全的？

在操作系统中，线程是不拥有资源的，进程是拥有资源的。而线程是由进程创建的，一个进程可以创建多个线程，这些线程共享着进程中的资源。所以，当线程一起并发运行时，同时对一个数据进行修改，就可能会造成数据的不一致性，看下面的例子：

假设一个简单的int字段被定义和初始化：
int counter = 0;
该counter字段在两个线程A和B之间共享。假设线程A、线程B同时对counter进行计算，递增运算：
counter ++；
那么计算的结果应该是 2 。但是真实的结果却是 1 ，这是因为：线程A得到的运算结果是1，线程B的运算结果也是1，当线程A将结果写回到内存中的 count 后，线程B也将结果写回到内存中去，这就会把线程A的计算结果给覆盖了。

2、多线程并发不安全的原因已经知道，那么针对这个种情况，java中有两种解决思路：

给共享的资源加把锁，保证每个资源变量每时每刻至多被一个线程占用。
让线程也拥有资源，不用去共享进程中的资源。

3、基于上面的两种思路，下面便是3种实施方案：

1. 多实例、或者是多副本（ThreadLocal）：对应着思路2，ThreadLocal可以为每个线程的维护一个私有的本地变量，可参考java线程副本–ThreadLocal；
2. 使用锁机制 synchronize、lock方式：为资源加锁，可参考我写的一系列文章；
3. 使用 java.util.concurrent 下面的类库：有JDK提供的线程安全的集合类

可能说的还不太清楚，更新一下，以及给出一个线程安全模拟的例子：
上面说了，多线程之所以不安全，是因为共享着资源（如果没有资源变量共享，那么多线程一定是安全的）。比如，存在共享变量a，线程A在使用变量a时进行计算时，因为时间片的到来，导致线程不得不由运行中状态进入就绪状态，暂停运行。等该线程A又重新被调度，得以继续执行时，得到了最终的结果。但是此时内存中的变量a可能已经被其他线程改变了，但线程A的结果再写回到内存中时，就会覆盖了其他线程的计算结果，这就是多线程不安全的原理。

下面给出线程安全模拟的例子的思路：1、让三个线程瞬间同时并发（不得不用到锁，wait/notify机制，如果不懂，只要知道这是等待/通知便可，下面有注释）；2、模拟3个线程共享着一个变量，使用变量进行计算的过程与将计算结果分成两次执行。

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线程安全集合

一、概念：

线程安全：就是当多线程访问时，采用了加锁的机制；即当一个线程访问该类的某个数据时，会对这个数据进行保护，其他线程不能对其访问，直到该线程读取完之后，其他线程才可以使用。防止出现数据不一致或者数据被污染的情况。
线程不安全：就是不提供数据访问时的数据保护，多个线程能够同时操作某个数据，从而出现数据不一致或者数据污染的情况。
对于线程不安全的问题，一般会使用synchronized关键字加锁同步控制。
线程安全工作原理： jvm中有一个main memory对象，每一个线程也有自己的working memory，一个线程对于一个变量variable进行操作的时候，都需要在自己的working memory里创建一个copy,操作完之后再写入main memory。
当多个线程操作同一个变量variable，就可能出现不可预知的结果。
而用synchronized的关键是建立一个监控monitor，这个monitor可以是要修改的变量，也可以是其他自己认为合适的对象(方法)，然后通过给这个monitor加锁来实现线程安全，每个线程在获得这个锁之后，要执行完加载load到working memory 到 use && 指派assign 到存储store 再到 main memory的过程。才会释放它得到的锁。这样就实现了所谓的线程安全。

二、线程安全(Thread-safe)的集合对象：

Vector 线程安全：
HashTable 线程安全：
StringBuffer 线程安全：

三、非线程安全的集合对象：

ArrayList ：
LinkedList：
HashMap：
HashSet：
TreeMap：
TreeSet：
StringBulider：

四、相关集合对象比较：

Vector、ArrayList、LinkedList：
1、Vector：
Vector与ArrayList一样，也是通过数组实现的，不同的是它支持线程的同步，即某一时刻只有一个线程能够写Vector，避免多线程同时写而引起的不一致性，但实现同步需要很高的花费，因此，访问它比访问ArrayList慢。
2、ArrayList：
a. 当操作是在一列数据的后面添加数据而不是在前面或者中间，并需要随机地访问其中的元素时，使用ArrayList性能比较好。
b. ArrayList是最常用的List实现类，内部是通过数组实现的，它允许对元素进行快速随机访问。数组的缺点是每个元素之间不能有间隔，当数组大小不满足时需要增加存储能力，就要讲已经有数组的数据复制到新的存储空间中。当从ArrayList的中间位置插入或者删除元素时，需要对数组进行复制、移动、代价比较高。因此，它适合随机查找和遍历，不适合插入和删除。
3、LinkedList：
a. 当对一列数据的前面或者中间执行添加或者删除操作时，并且按照顺序访问其中的元素时，要使用LinkedList。
b. LinkedList是用链表结构存储数据的，很适合数据的动态插入和删除，随机访问和遍历速度比较慢。另外，他还提供了List接口中没有定义的方法，专门用于操作表头和表尾元素，可以当作堆栈、队列和双向队列使用。

Vector和ArrayList在使用上非常相似，都可以用来表示一组数量可变的对象应用的集合，并且可以随机的访问其中的元素。

ArryList和LinkedList的区别：
在处理一列数据项时，Java提供了两个类ArrayList和LinkedList，ArrayList的内部实现是基于内部数组Object[]，所以从概念上说它更像数组；然而LinkedList的内部实现是基于一组连接的记录，所以，它更像一个链表结构；所以它们在性能上有很大的差别。
由上可知，在ArrayList的前面或者中间插入数据的时候，必须将其后的所有数据相应的后移，这样要花费较多的时间；所以，当操作是在一列数据的后面添加数据而不是在前面或者中间，并需要随机地访问其中的元素时，使用ArrayList性能比较好。
然而访问链表中的某个元素的时候，就必须从链表的一端开始，沿着连接的方向一个一个元素的去查找，直到找到所需的元素为止，所以，当对一列数据的前面或者中间执行添加或者删除操作时，并且按照顺序访问其中的元素时，要使用LinkedList。
如果在实际的操作中，前面两种情况交替出现，可以考虑使用List这样的通用接口，而不用关心具体的实现，再具体的情况下，它的性能由具体的实现来保证。

HashTable、HashMap、HashSet：
HashTable和HashMap采用的存储机制是一样的，不同的是：
1、HashMap：
a. 采用数组方式存储key-value构成的Entry对象，无容量限制；
b. 基于key hash查找Entry对象存放到数组的位置，对于hash冲突采用链表的方式去解决；
c. 在插入元素时，可能会扩大数组的容量，在扩大容量时须要重新计算hash，并复制对象到新的数组中；
d. 是非线程安全的；
e. 遍历使用的是Iterator迭代器；

2、HashTable：
a. 是线程安全的；
b. 无论是key还是value都不允许有null值的存在；在HashTable中调用Put方法时，如果key为null，直接抛出NullPointerException异常；
c. 遍历使用的是Enumeration列举；

3、HashSet：
a. 基于HashMap实现，无容量限制；
b. 是非线程安全的；
c. 不保证数据的有序；

TreeSet、TreeMap：
TreeSet和TreeMap都是完全基于Map来实现的，并且都不支持get(index)来获取指定位置的元素，需要遍历来获取。另外，TreeSet还提供了一些排序方面的支持，例如传入Comparator实现、descendingSet以及descendingIterator等。
1、TreeSet：
a. 基于TreeMap实现的，支持排序；
b. 是非线程安全的；

2、TreeMap：
a. 典型的基于红黑树的Map实现，因此它要求一定要有key比较的方法，要么传入Comparator比较器实现，要么key对象实现Comparator接口；
b. 是非线程安全的；

StringBuffer和StringBulider：
StringBuilder与StringBuffer都继承自AbstractStringBuilder类，在AbstractStringBuilder中也是使用字符数组保存字符串。

1、在执行速度方面的比较：StringBuilder > StringBuffer ；
2、StringBuffer与StringBuilder，他们是字符串变量，是可改变的对象，每当我们用它们对字符串做操作时，实际上是在一个对象上操作的，不像String一样创建一些对象进行操作，所以速度就快了；
3、 StringBuilder：线程非安全的；
4、StringBuffer：线程安全的；
　
对于String、StringBuffer和StringBulider三者使用的总结：
1.如果要操作少量的数据用 = String
2.单线程操作字符串缓冲区下操作大量数据 = StringBuilder
3.多线程操作字符串缓冲区下操作大量数据 = StringBuffer

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Java 线程安全思路

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