什么是進(jìn)程？

電腦中時(shí)會(huì)有很多單獨(dú)運(yùn)行的程序，每個(gè)程序有一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程，而進(jìn)程之間是相互獨(dú)立存在的。比如下圖中的QQ、酷狗播放器、電腦管家等等。

什么是線程？

進(jìn)程想要執(zhí)行任務(wù)就需要依賴線程。換句話說(shuō)，就是進(jìn)程中的最小執(zhí)行單位就是線程，并且一個(gè)進(jìn)程中至少有一個(gè)線程。

那什么是多線程？提到多線程這里要說(shuō)兩個(gè)概念，就是串行和并行，搞清楚這個(gè)，我們才能更好地理解多線程。

所謂串行，其實(shí)是相對(duì)于單條線程來(lái)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)來(lái)說(shuō)的，我們就拿下載文件來(lái)舉個(gè)例子：當(dāng)我們下載多個(gè)文件時(shí)，在串行中它是按照一定的順序去進(jìn)行下載的，也就是說(shuō)，必須等下載完A之后才能開(kāi)始下載B，它們?cè)跁r(shí)間上是不可能發(fā)生重疊的。

并行：下載多個(gè)文件，開(kāi)啟多條線程，多個(gè)文件同時(shí)進(jìn)行下載，這里是嚴(yán)格意義上的，在同一時(shí)刻發(fā)生的，并行在時(shí)間上是重疊的。

了解了這兩個(gè)概念之后，我們?cè)賮?lái)說(shuō)說(shuō)什么是多線程。舉個(gè)例子，我們打開(kāi)騰訊管家，騰訊管家本身就是一個(gè)程序，也就是說(shuō)它就是一個(gè)進(jìn)程，它里面有很多的功能，我們可以看下圖，能查殺病毒、清理垃圾、電腦加速等眾多功能。

按照單線程來(lái)說(shuō)，無(wú)論你想要清理垃圾、還是要病毒查殺，那么你必須先做完其中的一件事，才能做下一件事，這里面是有一個(gè)執(zhí)行順序的。

如果是多線程的話，我們其實(shí)在清理垃圾的時(shí)候，還可以進(jìn)行查殺病毒、電腦加速等等其他的操作，這個(gè)是嚴(yán)格意義上的同一時(shí)刻發(fā)生的，沒(méi)有執(zhí)行上的先后順序。

以上就是，一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生了多個(gè)線程。

在了解完這個(gè)問(wèn)題后，我們又需要去了解一個(gè)使用多線程不得不考慮的問(wèn)題——線程安全。

今天我們不說(shuō)如何保證一個(gè)線程的安全，我們聊聊什么是線程安全？因?yàn)槲抑懊嬖嚤粏?wèn)到了，說(shuō)真的，我之前真的不是特別了解這個(gè)問(wèn)題，我們好像只學(xué)了如何確保一個(gè)線程安全，卻不知道所謂的安全到底是什么！

什么是線程安全？

既然是線程安全問(wèn)題，那么毫無(wú)疑問(wèn)，所有的隱患都是在多個(gè)線程訪問(wèn)的情況下產(chǎn)生的，也就是我們要確保在多條線程訪問(wèn)的時(shí)候，我們的程序還能按照我們預(yù)期的行為去執(zhí)行，我們看一下下面的代碼。

Integer count = 0;
public void getCount() {
       count ++;
       System.out.println(count);
 }

很簡(jiǎn)單的一段代碼，下面我們就來(lái)統(tǒng)計(jì)一下這個(gè)方法的訪問(wèn)次數(shù)，多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)會(huì)不會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題，我開(kāi)啟的3條線程，每個(gè)線程循環(huán)10次，得到以下結(jié)果：

我們可以看到，這里出現(xiàn)了兩個(gè)26，出現(xiàn)這種情況顯然表明這個(gè)方法根本就不是線程安全的，出現(xiàn)這種問(wèn)題的原因有很多。

最常見(jiàn)的一種，就是我們A線程在進(jìn)入方法后，拿到了count的值，剛把這個(gè)值讀取出來(lái)，還沒(méi)有改變count的值的時(shí)候，結(jié)果線程B也進(jìn)來(lái)的，那么導(dǎo)致線程A和線程B拿到的count值是一樣的。

那么由此我們可以了解到，這確實(shí)不是一個(gè)線程安全的類(lèi)，因?yàn)樗麄兌夹枰僮鬟@個(gè)共享的變量。其實(shí)要對(duì)線程安全問(wèn)題給出一個(gè)明確的定義，還是蠻復(fù)雜的，我們根據(jù)我們這個(gè)程序來(lái)總結(jié)下什么是線程安全。

當(dāng)多個(gè)線程訪問(wèn)某個(gè)方法時(shí)，不管你通過(guò)怎樣的調(diào)用方式、或者說(shuō)這些線程如何交替地執(zhí)行，我們?cè)谥鞒绦蛑胁恍枰プ鋈魏蔚耐剑@個(gè)類(lèi)的結(jié)果行為都是我們?cè)O(shè)想的正確行為，那么我們就可以說(shuō)這個(gè)類(lèi)是線程安全的。??

搞清楚了什么是線程安全，接下來(lái)我們看看Java中確保線程安全最常用的兩種方式。先來(lái)看段代碼。

public void threadMethod(int j) {

    int i = 1;

    j = j + i;
}

大家覺(jué)得這段代碼是線程安全的嗎？

毫無(wú)疑問(wèn)，它絕對(duì)是線程安全的，我們來(lái)分析一下，為什么它是線程安全的？

我們可以看到這段代碼是沒(méi)有任何狀態(tài)的，就是說(shuō)我們這段代碼，不包含任何的作用域，也沒(méi)有去引用其他類(lèi)中的域進(jìn)行引用，它所執(zhí)行的作用范圍與執(zhí)行結(jié)果只存在它這條線程的局部變量中，并且只能由正在執(zhí)行的線程進(jìn)行訪問(wèn)。當(dāng)前線程的訪問(wèn)，不會(huì)對(duì)另一個(gè)訪問(wèn)同一個(gè)方法的線程造成任何的影響。

兩個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)這個(gè)方法，因?yàn)闆](méi)有共享的數(shù)據(jù)，所以他們之間的行為，并不會(huì)影響其他線程的操作和結(jié)果，所以說(shuō)無(wú)狀態(tài)的對(duì)象，也是線程安全的。

添加一個(gè)狀態(tài)呢？

如果我們給這段代碼添加一個(gè)狀態(tài)，添加一個(gè)count，來(lái)記錄這個(gè)方法并命中的次數(shù)，每請(qǐng)求一次count+1，那么這個(gè)時(shí)候這個(gè)線程還是安全的嗎？

public class ThreadDemo {

   int count = 0; // 記錄方法的命中次數(shù)

   public void threadMethod(int j) {

       count++ ;

       int i = 1;

       j = j + i;
   }
}

很明顯已經(jīng)不是了，單線程運(yùn)行起來(lái)確實(shí)是沒(méi)有任何問(wèn)題的，但是當(dāng)出現(xiàn)多條線程并發(fā)訪問(wèn)這個(gè)方法的時(shí)候，問(wèn)題就出現(xiàn)了，我們先來(lái)分析下count+1這個(gè)操作。

進(jìn)入這個(gè)方法之后首先要讀取count的值，然后修改count的值，最后才把這把值賦值給count，總共包含了三步過(guò)程：“讀取”一>“修改”一>“賦值”，既然這個(gè)過(guò)程是分步的，那么我們先來(lái)看下面這張圖，看看你能不能看出問(wèn)題：

可以發(fā)現(xiàn)，count的值并不是正確的結(jié)果，當(dāng)線程A讀取到count的值，但是還沒(méi)有進(jìn)行修改的時(shí)候，線程B已經(jīng)進(jìn)來(lái)了，然后線程B讀取到的還是count為1的值，正因?yàn)槿绱怂晕覀兊腸ount值已經(jīng)出現(xiàn)了偏差，那么這樣的程序放在我們的代碼中，是存在很多的隱患的。

如何確保線程安全？

既然存在線程安全的問(wèn)題，那么肯定得想辦法解決這個(gè)問(wèn)題，怎么解決？我們說(shuō)說(shuō)常見(jiàn)的幾種方式。

1、synchronized

synchronized關(guān)鍵字，就是用來(lái)控制線程同步的，保證我們的線程在多線程環(huán)境下，不被多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行，確保我們數(shù)據(jù)的完整性，使用方法一般是加在方法上。

public class ThreadDemo {

   int count = 0; // 記錄方法的命中次數(shù)

   public synchronized void threadMethod(int j) {

       count++ ;

       int i = 1;

       j = j + i;
   }
}

這樣就可以確保我們的線程同步了，同時(shí)這里需要注意一個(gè)大家平時(shí)忽略的問(wèn)題，首先synchronized鎖的是括號(hào)里的對(duì)象，而不是代碼，其次，對(duì)于非靜態(tài)的synchronized方法，鎖的是對(duì)象本身也就是this。

當(dāng)synchronized鎖住一個(gè)對(duì)象之后，別的線程如果想要獲取鎖對(duì)象，那么就必須等這個(gè)線程執(zhí)行完釋放鎖對(duì)象之后才可以，否則一直處于等待狀態(tài)。

注意點(diǎn)：雖然加synchronized關(guān)鍵字，可以讓我們的線程變得安全，但是我們?cè)谟玫臅r(shí)候，也要注意縮小synchronized的使用范圍，如果隨意使用時(shí)很影響程序的性能，別的對(duì)象想拿到鎖，結(jié)果你沒(méi)用鎖還一直把鎖占用，這樣就有點(diǎn)浪費(fèi)資源。

2、Lock

先來(lái)說(shuō)說(shuō)它跟synchronized有什么區(qū)別吧，Lock是在Java1.6被引入進(jìn)來(lái)的，Lock的引入讓鎖有了可操作性，什么意思？就是我們?cè)谛枰臅r(shí)候去手動(dòng)的獲取鎖和釋放鎖，甚至我們還可以中斷獲取以及超時(shí)獲取的同步特性，但是從使用上說(shuō)Lock明顯沒(méi)有synchronized使用起來(lái)方便快捷。我們先來(lái)看下一般是如何使用的：

private Lock lock = new ReentrantLock(); // ReentrantLock是Lock的子類(lèi)

   private void method(Thread thread){
       lock.lock(); // 獲取鎖對(duì)象
       try {
           System.out.println("線程名："+thread.getName() + "獲得了鎖");
           // Thread.sleep(2000);
       }catch(Exception e){
           e.printStackTrace();
       } finally {
           System.out.println("線程名："+thread.getName() + "釋放了鎖");
           lock.unlock(); // 釋放鎖對(duì)象
       }
   }

進(jìn)入方法我們首先要獲取到鎖，然后去執(zhí)行我們業(yè)務(wù)代碼，這里跟synchronized不同的是，Lock獲取的所對(duì)象需要我們親自去進(jìn)行釋放，為了防止我們代碼出現(xiàn)異常，所以我們的釋放鎖操作放在finally中，因?yàn)閒inally中的代碼無(wú)論如何都是會(huì)執(zhí)行的。

寫(xiě)個(gè)主方法，開(kāi)啟兩個(gè)線程測(cè)試一下我們的程序是否正常：

public static void main(String[] args) {
       LockTest lockTest = new LockTest();

       // 線程1
       Thread t1 = new Thread(new Runnable() {

           @Override
           public void run() {
               // Thread.currentThread()  返回當(dāng)前線程的引用
               lockTest.method(Thread.currentThread());
           }
       }, "t1");

       // 線程2
       Thread t2 = new Thread(new Runnable() {

           @Override
           public void run() {
               lockTest.method(Thread.currentThread());
           }
       }, "t2");

       t1.start();
       t2.start();
   }

結(jié)果：

可以看出我們的執(zhí)行，是沒(méi)有任何問(wèn)題的。

其實(shí)在Lock還有幾種獲取鎖的方式，我們這里再說(shuō)一種，就是tryLock()這個(gè)方法跟Lock()是有區(qū)別的，Lock在獲取鎖的時(shí)候，如果拿不到鎖，就一直處于等待狀態(tài)，直到拿到鎖，但是tryLock()卻不是這樣的，tryLock是有一個(gè)Boolean的返回值的，如果沒(méi)有拿到鎖，直接返回false，停止等待，它不會(huì)像Lock()那樣去一直等待獲取鎖。

我們來(lái)看下代碼：

private void method(Thread thread){
       // lock.lock(); // 獲取鎖對(duì)象
       if (lock.tryLock()) {
           try {
               System.out.println("線程名："+thread.getName() + "獲得了鎖");
               // Thread.sleep(2000);
           }catch(Exception e){
               e.printStackTrace();
           } finally {
               System.out.println("線程名："+thread.getName() + "釋放了鎖");
               lock.unlock(); // 釋放鎖對(duì)象
           }
       }
   }

結(jié)果：我們繼續(xù)使用剛才的兩個(gè)線程進(jìn)行測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，在線程t1獲取到鎖之后，線程t2立馬進(jìn)來(lái)，然后發(fā)現(xiàn)鎖已經(jīng)被占用，那么這個(gè)時(shí)候它也不在繼續(xù)等待。

似乎這種方法，感覺(jué)不是很完美，如果我第一個(gè)線程，拿到鎖的時(shí)間，比第二個(gè)線程進(jìn)來(lái)的時(shí)間還要長(zhǎng)，是不是也拿不到鎖對(duì)象？

那我能不能，用一中方式來(lái)控制一下，讓后面等待的線程，可以等待5秒，如果5秒之后，還獲取不到鎖，那么就停止等，其實(shí)tryLock()是可以進(jìn)行設(shè)置等待的相應(yīng)時(shí)間的。

private void method(Thread thread) throws InterruptedException {
       // lock.lock(); // 獲取鎖對(duì)象

       // 如果2秒內(nèi)獲取不到鎖對(duì)象，那就不再等待
       if (lock.tryLock(2,TimeUnit.SECONDS)) {
           try {
               System.out.println("線程名："+thread.getName() + "獲得了鎖");

               // 這里睡眠3秒
               Thread.sleep(3000);
           }catch(Exception e){
               e.printStackTrace();
           } finally {
               System.out.println("線程名："+thread.getName() + "釋放了鎖");
               lock.unlock(); // 釋放鎖對(duì)象
           }
       }
   }

結(jié)果：看上面的代碼，我們可以發(fā)現(xiàn)，雖然我們獲取鎖對(duì)象的時(shí)候，可以等待2秒，但是我們線程t1在獲取鎖對(duì)象之后，執(zhí)行任務(wù)缺花費(fèi)了3秒，那么這個(gè)時(shí)候線程t2是不在等待的。

我們?cè)賮?lái)改一下這個(gè)等待時(shí)間，改為5秒，再來(lái)看下結(jié)果：

private void method(Thread thread) throws InterruptedException {
       // lock.lock(); // 獲取鎖對(duì)象

       // 如果5秒內(nèi)獲取不到鎖對(duì)象，那就不再等待
       if (lock.tryLock(5,TimeUnit.SECONDS)) {
           try {
               System.out.println("線程名："+thread.getName() + "獲得了鎖");
           }catch(Exception e){
               e.printStackTrace();
           } finally {
               System.out.println("線程名："+thread.getName() + "釋放了鎖");
               lock.unlock(); // 釋放鎖對(duì)象
           }
       }
   }

結(jié)果：這個(gè)時(shí)候我們可以看到，線程t2等到5秒獲取到了鎖對(duì)象，執(zhí)行了任務(wù)代碼。

以上就是使用Lock，來(lái)保證我們線程安全的方式。

到此這篇關(guān)于5個(gè)步驟讓你明白多線程和線程安全的文章就介紹到這了。希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。