什么是線程安全

線程安全在多線程編程時是一個比較重要的概念，我們下先來看下維基百科是如何定義這個概念的：

https://en.wikipedia.org/wiki/Thread_safety

• Thread safety is a computer programming concept applicable to multi-threaded code. Thread-safe code only manipulates shared data structures in a manner that ensures that all threads behave properly and fulfill their design specifications without unintended interaction.

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意思是說：

線程安全是應用于多線程代碼的一種計算機編程概念，它確保多個線程能夠按照程序的設計正確的訪問共享數據結構。

或者再貼近編程語言的角度一點來講，線程安全指的是同時最少有兩個及以上的線程操作共享的數據區域，并且至少有一個是寫操作。如果你還想不明白，可以去衛生間觀察一下，一個廁位同時能有幾個人使用。

線程安全的級別

線程安全的級別或者粒度有三種，如下：

(1)線程安全

這種情況下其實沒有線程安全問題，比如上面的例子中，每個人都有自己專用的衛生間，所以不會存在競爭問題。

(2)條件安全

條件安全，顧名思義是有條件的，所有人共用幾個衛生間，搶到資源的就把門關上，通過門來隔離資源，后面的人就在外面等待直到里面的人出來。

(3)不安全

這種情況下連門都沒有，所以并不能很好保證資源安全，所以這種情況***不能讓同時讓多個人直接使用。

實現線程安全的方式

大體來說有兩種，首先我們明白安全問題來自于競爭，沒有競爭就不會有問題。

方式一：

核心思路是避免共享數據結構，共享狀態。包括：

(1)使用線程local變量

(2)使用不可變對象

方式二：

核心思路是共享不可避免，需要通過條件來確保按照。包括：

(1)互斥鎖

(2)CAS原子操作

Java語言里面實現策略

這里以Java語言為例子，上面談到的4種方式，其實在Java里面都支持，分別對應的解決手段為：

(1)ThreadLocal變量

(2)不可變對象有String，CopyOnWrite集合類

(3) 互斥鎖包括JDK5之前的內置鎖synchronized和JDK5之后的Lock接口

(4) J.U.C里面Atom開頭的類

可以看出來Java里面的處理策略還是比較多的，當然不同的策略其實也有具體的適用場景，此外引入了線程安全和同步手段會對代碼的性能造成一定的影響，這一點需要了解。

一般來說避免共享數據結構是能夠比較優雅的解決并發問題，這種程序對多線程更友好，性能也會更高。比如單機的ThreadLocal和分布式的Ator模型。這里面不存在競爭。其次是不可變變量，多線程操作的都是CopyOnWrite，這也是為什么一些動態編程語言如Scala里面的默認數據結構大多數都是不可變的。不可變有不可變的好處，但缺點也是明顯的，如果需要頻繁對數據修改，那么會創建很多臨時對象和占用更多的內存。

上面這兩種場景，我們一般稱為無鎖實現，性能很好。如果避免不了共享數據，那么接著性能比較好的就是CAS這種原子操作，這種情況下我們一般也稱是無鎖的，但其實是利用了操作系統的原子指令來實現的，在競爭不激烈的場景下性能比較好，一般的編程語言都有封裝好的工具類。如果競爭激烈，其實性能未必比使用互斥鎖高。互斥鎖一般也稱重量級鎖，需要OS干涉線程的調度，適合用于競爭激烈的場景下，這種方式下線程上下文的交換會降級系統的性能，在使用時需要注意。

線程并發技能圖譜

多線程編程領域其實涉及很多計算機知識，線程安全只是其中的冰山一角，作為一名技術人員我們有必要系統的學習和攻破并發編程這一塊，很多人覺得并發編程很難，其實是沒有掌握系統的學習方法，在這里我放出我之前總結并發知識的一張圖譜，供大家參考學習：

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總結

本文主要介紹了什么是線程安全，及實現線程安全的一些手段，并結合Java語言描述了相關的知識，***又總結了Java里面并發學習的知識圖譜，只要把里面所有的內容都了解掌握，那么在多線程領域就可以從青銅升級到王者段位了，不過學習之路，學無止境，不能急功近利，一定得重基礎，然后循序漸近，日拱一卒，就算慢點也無妨，堅持下去，肯定有所收獲。