一、定义：什么是线程安全性

当多个线程访问某个类时，不管运行时环境采用 何种调度方式 或者这些进程将如何交替执行，并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同，这个类都能表现出正确的行为，那么就称这个类就是线程安全的。

二、线程安全性的三个体现

原子性：提供互斥访问，同一时刻只能有一个线程对数据进行操作(Atomic 原子类操作、CAS算法、synchronized、Lock)

可见性：一个主内存的线程如果进行了修改，可以及时被其他线程观察到(synchronized、volatile)

有序性：如果两个线程不能从 happens-before原则 观察出来，那么就不能观察他们的有序性，虚拟机可以随意的对他们进行重排序，导致其观察观察结果杂乱无序(happens-before原则)

CAS中ABA问题的解决

CAS并非完美的，它会导致ABA问题，例如：当前内存的值一开始是A，被另外一个线程先改为B然后再改为A，那么当前线程访问的时候发现是A，则认为它没有被其他线程访问过。在某些场景下这样是存在错误风险的。比如在链表中。如何解决这个ABA问题呢，大多数情况下乐观锁的实现都会通过引入一个版本号标记这个对象，每次修改版本号都会变话，比如使用时间戳作为版本号，这样就可以很好的解决ABA问题。在JDK中提供了 AtomicStampedReference类来解决这个问题，这个类维护了一个int类型的标记stamp，每次更新数据的时候顺带更新一下stamp。

线程安全性：原子性

synchronized

synchronized是一种同步锁，通过锁实现原子操作。1、修饰代码块：大括号括起来的代码，作用于调用的对象 2、修饰方法：整个方法，作用于调用的对象 3、修饰静态方法：整个静态方法，作用于所有对象 4、修饰类：括号括起来的部分，作用于所有对象

原子性 — 对比

Atomic：竞争激烈时能维持常态，比Lock性能好， 只能同步一个值

synchronized：不可中断锁，适合竞争不激烈，可读性好的情况

Lock：可中断锁，多样化同步，竞争激烈时能维持常态

线程安全性：可见性

简介：一个线程对主内存的修改可以及时被其他线程观察到

导致共享变量在线程间不可见的原因：1.线程交叉执行 2.重新排序结合线程交叉执行 3.共享变量更新后的值没有在工作内存中与主内存间及时更新

可见性 — syncronized

JMM关于 syncronized的两条规定：

线程解锁前，必须把共享变量的最新值刷新到主内存中

线程加锁时，将清空工作内存中共享变量的值，从而使得使用共享变量时需要从主内存中重新读取最新的值(注意：加锁与解锁是同一把锁) 由于syncronized可以保证原子性及可见性，变量只要被syncronized修饰，就可以放心的使用

可见性 — volatile

通过加入 内存屏障和 禁止重排序优化来实现可见性。具体实现过程：

对 volatile变量写操作时，会在写操作后加入一条 store屏障指令，将本地内存中的共享变量值刷新到主内存
对 volatile变量读操作时，会在读操作前加入一条 load屏障指令，从主内存中读取共享变量
volatile 不能保证操作的原子性，也就是不能保证线程安全性， 如果需要使用 volatile 必须满足以下两个条件：
对变量的写操作不依赖与变量当前的值。
该变量没有包含在具有其他变量的不变的式子中。
所以 volatile修饰的变量适合作为状态标记量。

import lombok.extern.slf4j.Slf4j; import java.util.concurrent.CountDownLatch; 
import java.util.concurrent.ExecutorService; 
import java.util.concurrent.Executors; 
import java.util.concurrent.Semaphore; @Slf4j 
public class VolatileExample { // 请求总数 public static int clientTotal = 5000; // 同时并发执行的线程数 public static int threadTotal = 200; public static volatile int count = 0; public static void main(String[] args) throws Exception { ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal); final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal); for (int i = 0; i < clientTotal ; i++) { executorService.execute(() -> { try { semaphore.acquire(); add(); semaphore.release(); } catch (Exception e) { log.error("exception", e); } countDownLatch.countDown(); }); } countDownLatch.await(); executorService.shutdown(); log.info("count:{}", count); } private static void add() { count++; } 
} 

结果返回

16:12:01.404 [main] INFO com.mmall.concurrency.example.count.VolatileExample4 - count:4986 

通过执行代码我们可以发现，返回结果并不是我们想看到的5000，说明这个是线程不安全的类

主要是因为当我们执行 conut++时分成了三步：

1. 取出当前内存count值，这时count值时最新的
2. +1操作
3. 重新写回主存

例如：有两个线程同时在执行 count++，两个内存都执行了第一步，比如当前count值为99，它们都读到了这个count值，然后两个线程分别执行了 +1，并写回主存，这样就丢掉了一次 +1的操作。

线程安全性：有序性

在JMM中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。

通过volatile、synchronized、lock保证有序性
线程安全有序性需要遵循两个原则

• as-if-serial语义规则
• happens-before原则

happens-before原则

• 程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
• 锁定规则：一个 unLock操作先行发生于后面对同一个锁的 Lock()操作，也就是说只有先解锁才能对下面的线程进行加锁
• volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
• 传递规则：如果操作A先行发生与操作B,而操作B先行发生于操作C，则操作A先行发生于操作C
• 线程启动规则： Thread对象的 start()方法先行发生于此线程的每一个动作，一个线程只有执行了 start()方法后才能做其他的操作
• 线程终端规则：对线程 interrupt()方法的调用先行发生与被中断线程的代码检测到中断事件的发生(只有执行了 interrupt()方法才可以检测到中断事件的发生)
• 线程终结规则：线程中所有操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过 Thread.join()方法结束， Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
• 对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的 finalize()方法的开始

as-if-serial语义规则

不管怎么重排序（编译器和处理器为了提供并行度），（单线程）程序的执行结果不能被改变。编译器，runtime和处理器都必须遵守as-if-serial语义。as-if-serial语义把单线程程序保护了起来，遵守as-if-serial语义的编译器，runtime和处理器共同为编写单线程程序的程序员创建了一个幻觉：单线程程序是按程序的顺序来执行的。比如上面计算圆面积的代码，在单线程中，会让人感觉代码是一行一行顺序执行上，实际上A,B两行不存在数据依赖性可能会进行重排序，即A，B不是顺序执行的。as-if-serial语义使程序员不必担心单线程中重排序的问题干扰他们，也无需担心内存可见性问题。

线程安全性：总结

• 原子性：Atomic包、CAS算法、synchronized、Lock
• 可见性：synchronized、volatile
  一个主内存的线程如果进行了修改，可以及时被其他线程观察到，介绍了volatile如何被观察到的
• 有序性：happens-before原则 happens-before原则，观察结果，如果两个线程不能偶从happens-before原则观察出来，那么就不能观察他们的有序性，虚拟机可以随意的对他们进行重排序