作者 | 磊哥

來源 | Java面試真題解析（ID：aimianshi666）

轉載請聯系授權（微信ID：GG_Stone）

線程安全是指某個方法或某段代碼，在多線程中能夠正確的執行，不會出現數據不一致或數據污染的情況，我們把這樣的程序稱之為線程安全的，反之則為非線程安全的。在 Java 中，解決線程安全問題有以下 3 種手段：

使用線程安全類，比如 AtomicInteger。

加鎖排隊執行

使用 synchronized 加鎖。

使用 ReentrantLock 加鎖。

使用線程本地變量 ThreadLocal。

接下來我們逐個來看它們的實現。

線程安全問題演示

我們創建一個變量 number 等于 0，之后創建線程 1，執行 100 萬次 ++ 操作，同時再創建線程 2 執行 100 萬次 -- 操作，等線程 1 和線程 2 都執行完之后，打印 number 變量的值，如果打印的結果為 0，則說明是線程安全的，否則則為非線程安全的，示例代碼如下：

public?class?ThreadSafeTest?{//?全局變量private?static?int?number?=?0;//?循環次數(100W)private?static?final?int?COUNT?=?1_000_000;public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{//?線程1：執行 100W 次?++?操作Thread?t1?=?new?Thread(()?->?{for?(int?i?=?0;?i?<?COUNT;?i++)?{number++;}});t1.start();//?線程2：執行 100W 次?--?操作Thread?t2?=?new?Thread(()?->?{for?(int?i?=?0;?i?<?COUNT;?i++)?{number--;}});t2.start();//?等待線程?1?和線程?2，執行完，打印?number?最終的結果t1.join();t2.join();System.out.println("number 最終結果："?+?number);} }

以上程序的執行結果如下圖所示：從上述執行結果可以看出，number 變量最終的結果并不是 0，和預期的正確結果不相符，這就是多線程中的線程安全問題。

解決線程安全問題

1.原子類AtomicInteger

AtomicInteger 是線程安全的類，使用它可以將 ++ 操作和 -- 操作，變成一個原子性操作，這樣就能解決非線程安全的問題了，如下代碼所示：

import?java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;public?class?AtomicIntegerExample?{//?創建?AtomicIntegerprivate?static?AtomicInteger?number?=?new?AtomicInteger(0);//?循環次數private?static?final?int?COUNT?=?1_000_000;public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{//?線程1：執行 100W 次?++?操作Thread?t1?=?new?Thread(()?->?{for?(int?i?=?0;?i?<?COUNT;?i++)?{//?++?操作number.incrementAndGet();}});t1.start();//?線程2：執行 100W 次?--?操作Thread?t2?=?new?Thread(()?->?{for?(int?i?=?0;?i?<?COUNT;?i++)?{//?--?操作number.decrementAndGet();}});t2.start();//?等待線程?1?和線程?2，執行完，打印?number?最終的結果t1.join();t2.join();System.out.println("最終結果："?+?number.get());} }

以上程序的執行結果如下圖所示：

2.加鎖排隊執行

Java 中有兩種鎖：synchronized 同步鎖和 ReentrantLock 可重入鎖。

2.1 同步鎖synchronized

synchronized 是 JVM 層面實現的自動加鎖和自動釋放鎖的同步鎖，它的實現代碼如下：

public?class?SynchronizedExample?{//?全局變量private?static?int?number?=?0;//?循環次數(100W)private?static?final?int?COUNT?=?1_000_000;public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{//?線程1：執行 100W 次?++?操作Thread?t1?=?new?Thread(()?->?{for?(int?i?=?0;?i?<?COUNT;?i++)?{//?加鎖排隊執行synchronized?(SynchronizedExample.class)?{number++;}}});t1.start();//?線程2：執行 100W 次?--?操作Thread?t2?=?new?Thread(()?->?{for?(int?i?=?0;?i?<?COUNT;?i++)?{//?加鎖排隊執行synchronized?(SynchronizedExample.class)?{number--;}}});t2.start();//?等待線程?1?和線程?2，執行完，打印?number?最終的結果t1.join();t2.join();System.out.println("number 最終結果："?+?number);} }

以上程序的執行結果如下圖所示：

2.2 可重入鎖ReentrantLock

ReentrantLock 可重入鎖需要程序員自己加鎖和釋放鎖，它的實現代碼如下：

import?java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/***?使用?ReentrantLock?解決非線程安全問題*/ public?class?ReentrantLockExample?{//?全局變量private?static?int?number?=?0;//?循環次數(100W)private?static?final?int?COUNT?=?1_000_000;//?創建?ReentrantLockprivate?static?ReentrantLock?lock?=?new?ReentrantLock();public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{//?線程1：執行 100W 次?++?操作Thread?t1?=?new?Thread(()?->?{for?(int?i?=?0;?i?<?COUNT;?i++)?{lock.lock();????//?手動加鎖number++;???????//?++?操作lock.unlock();??//?手動釋放鎖}});t1.start();//?線程2：執行 100W 次?--?操作Thread?t2?=?new?Thread(()?->?{for?(int?i?=?0;?i?<?COUNT;?i++)?{lock.lock();????//?手動加鎖number--;???????//?--?操作lock.unlock();??//?手動釋放鎖}});t2.start();//?等待線程?1?和線程?2，執行完，打印?number?最終的結果t1.join();t2.join();System.out.println("number 最終結果："?+?number);} }

以上程序的執行結果如下圖所示：

3.線程本地變量ThreadLocal

使用 ThreadLocal 線程本地變量也可以解決線程安全問題，它是給每個線程獨自創建了一份屬于自己的私有變量，不同的線程操作的是不同的變量，所以也不會存在非線程安全的問題，它的實現代碼如下：

public?class?ThreadSafeExample?{//?創建?ThreadLocal（設置每個線程中的初始值為?0）private?static?ThreadLocal<Integer>?threadLocal?=?ThreadLocal.withInitial(()?->?0);//?全局變量private?static?int?number?=?0;//?循環次數(100W)private?static?final?int?COUNT?=?1_000_000;public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{//?線程1：執行 100W 次?++?操作Thread?t1?=?new?Thread(()?->?{try?{for?(int?i?=?0;?i?<?COUNT;?i++)?{//?++?操作threadLocal.set(threadLocal.get()?+?1);}//?將?ThreadLocal?中的值進行累加number?+=?threadLocal.get();}?finally?{threadLocal.remove();?//?清除資源，防止內存溢出}});t1.start();//?線程2：執行 100W 次?--?操作Thread?t2?=?new?Thread(()?->?{try?{for?(int?i?=?0;?i?<?COUNT;?i++)?{//?--?操作threadLocal.set(threadLocal.get()?-?1);}//?將?ThreadLocal?中的值進行累加number?+=?threadLocal.get();}?finally?{threadLocal.remove();?//?清除資源，防止內存溢出}});t2.start();//?等待線程?1?和線程?2，執行完，打印?number?最終的結果t1.join();t2.join();System.out.println("最終結果："?+?number);} }

以上程序的執行結果如下圖所示：

總結

在 Java 中，解決線程安全問題的手段有 3 種：

1.使用線程安全的類，如 AtomicInteger 類；

2.使用鎖 synchronized 或 ReentrantLock 加鎖排隊執行；

3.使用線程本地變量 ThreadLocal 來處理。

是非審之于己，毀譽聽之于人，得失安之于數。

公眾號：Java面試真題解析

面試合集：https://gitee.com/mydb/interview

往期推薦

面試突擊36：線程安全問題是如何產生的？

每周匯總 | Java面試題（共35篇）2022版

面試突擊35：如何判斷線程池已經執行完所有任務了？

總結

以上是生活随笔為你收集整理的线程安全问题的 3 种解决方案！的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。