java 程序中怎么保证多线程的运行安全？

线程的安全性问题体现在：原子性、可见性、有序性。

体现方面	说明	导致原因	解决方法
原子性	一个或者多个操作在CPU执行的过程中不被中断的特性	线程切换	JDK Atomic开头的原子类（非阻塞CAS算法） synchronized LOCK
可见性	一个线程对共享变量的修改，另外一个线程能够立刻看到	缓存	synchronized volatile LOCK
有序性	程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行	编译优化	Happens-Before规则

Happens-Before规则

参考网址：java内存模型以及happens-before规则 - 简书

1. happens-before含义

JMM（java 内存模型）可以通过happens-before关系向程序员提供跨线程的内存可见性保证（如果A线程的写操作a与B线程的读操作b之间存在happens-before关系，尽管a操作和b操作在不同的线程中执行，但JMM向程序员保证a操作将对b操作可见）。具体的定义为：

（1）如果一个操作happens-before另一个操作，那么第一个操作的执行结果将对第二个操作可见，而且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前。

（2）两个操作之间存在happens-before关系，并不意味着Java平台的具体实现必须要按照happens-before关系指定的顺序来执行。如果重排序之后的执行结果，与按happens-before关系来执行的结果一致，那么这种重排序并不非法（也就是说，JMM允许这种重排序）。

上面的（1）是JMM对程序员的承诺。从程序员的角度来说，可以这样理解happens-before关系：如果A happens-before B，那么Java内存模型将向程序员保证——A操作的结果将对B可见，且A的执行顺序排在B之前。注意，这只是Java内存模型向程序员做出的保证！

上面的（2）是JMM对编译器和处理器重排序的约束原则。正如前面所言，JMM其实是在遵循一个基本原则：只要不改变程序的执行结果（指的是单线程程序和正确同步的多线程程序），编译器和处理器怎么优化都行。JMM这么做的原因是：程序员对于这两个操作是否真的被重排序并不关心，程序员关心的是程序执行时的语义不能被改变（即执行结果不能被改变）。因此，happens-before关系本质上和as-if-serial语义是一回事。

2.happens-before存在的意义

重排序原则有编译器重排序和处理器重排序等，如果让程序员再去了解这些底层的实现以及具体规则，那么程序员的负担就太重了，严重影响了并发编程的效率。因此，JMM为程序员在上层提供了六条规则，这样我们就可以根据规则去推论跨线程的内存可见性问题，而不用再去理解底层重排序的规则。

规则	说明
程序顺序规则	一个线程中的每个操作，happens-before于该线程中的任意后续操作
监视器锁规则	对一个锁的解锁，happens-before于随后对这个锁的加锁。
volatile变量规则	对一个volatile域的写，happens-before于任意后续对这个volatile域的读。
传递性规则	如果A happens-before B，且B happens-before C，那么A happens-before C。
start()规则	如果线程A执行操作ThreadB.start()（启动线程B），那么A线程的ThreadB.start()操作happens-before于线程B中的任意操作。
join()规则	如果线程A执行操作ThreadB.join()并成功返回，那么线程B中的任意操作happens-before于线程A从ThreadB.join()操作成功返回。
线程中断规则	对线程interrupt()的调用 happen—before 发生于被中断线程的代码检测到中断时事件的发生。
对象终结规则	就是一个对象的初始化的完成（构造函数执行的结束） happens-before它的finalize()方法

ThreadLocal使用场景

参考网址：ThreadLocal作用、场景、原理 - 简书

数据库连接

public Connection initialValue() {
    return DriverManager.getConnection(DB_URL);
}

public static Connection getConnection() {  
    return connectionHolder.get();
}

Session管理

public static Session getSession() throws InfrastructureException {  
    Session s = (Session) threadSession.get();
    try {
        if (s == null) {
            s = getSessionFactory().openSession();
            threadSession.set(s);
        }
    } catch (HibernateException ex) {
        throw new InfrastructureException(ex);
    }
    return s;
}

多线程

public class Demo {
    static ThreadLocal<String> localVariable = new ThreadLocal<>();

    static void print(String str){
        System.out.println(str + ":" + localVariable.get());
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread threadOne = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                localVariable.set("thread local variable");
                print("threadOne");
                System.out.println("threadOne remove after" + ":" + localVariable.get());
            }
        });

        Thread threadTwo = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                localVariable.set("thread local variable");
                print("threadTwo");
                System.out.println("threadTwo remove after" + ":" + localVariable.get());
            }
        });

        threadOne.start();
        threadTwo.start();
    }
}

运行结果：

threadTwo:thread local variable
threadTwo remove after:thread local variable
threadOne:thread local variable
threadOne remove after:thread local variable

feiying0canglang

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