你真的知道什么是线程安全吗？

如果面试官问你，线程安全的类有哪些，究竟什么是线程安全？你怎么回答呢？我们整天说线程安全，但你真的知道什么是线程安全吗？



什么是进程

从学术上理解，进程就是包含上下文切换的程序执行时间总和 = CPU加载上下文+CPU执行+CPU保存上下文。

另一个简单的理解，进程就是程序的一次执行，比如看看一下这个图，每一个运行中的程序就是一个独立的进程，进程是相互独立存在的。





什么是线程

线程就是CPU执行那一部分的一个个小段，线程是CPU的基本调度单位。



注：平时大家说“因为Redis是单线程的，所以它是原子性的”，根本原因是，因为线程是CPU的最小调度单元，CPU每次只能执行成功或者失败才调度切换到下一个线程，所以Redis的操作都是原子的。



进程和线程都是一个时间段的描述，是CPU工作时间段的描述，不过是颗粒大小不同。



堆和栈

进程与线程中比较重要的内存区域有堆和栈。



堆是进程和线程共有的空间，分全局堆和局部堆。全局堆就是所有没有分配的空间，局部堆就是用户分配的空间。堆在操作系统对进程初始化的时候分配，运行过程中也可以向系统要额外的堆，但是用完了要还给操作系统，要不然就是内存泄漏。



在Java中，堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，是所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。堆所存在的内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例以及数组都在这里分配内存。



栈是每个线程独有的，保存其运行状态和局部自动变量的。栈在线程开始的时候初始化，每个线程的栈互相独立，因此，栈是线程安全的。操作系统在切换线程的时候会自动切换栈。栈空间不需要在高级语言里面显式的分配和释放。



进程和线程中的数据

程序几乎都需要与数据打交道，读取数据（命令行参数，文件），写入数据（设置变量，写入文件）。这些数据是保存在进程所管理的内存里。



为了保证数据的安全，比如一个进程中修改的数据不会影响到另一个进程的数据，每一个进程都会拥有操作系统分配给自己的内存空间，而不能访问其他进程的数据，这一点是由操作系统保证的。



进程占有的资源：地址空间，全局变量，打开的文件，子进程，信号量，账户信息

线程占有的资源：栈，寄存器，状态，程序计数器



进程是操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位，不会共享资源，通过进程间通信共享资源，而线程可以共享部分资源，独自占有的资源不共享。



线程间共享的数据包括：

1. 堆

2. 进程代码段

3. 进程的公有数据



对于线程间共享的内存区域，如果进程中的A线程操作了数据，切换到B线程执行，修改了同样的数据，回到A线程时，数据就不是A线程切换时候的样子，这样一来，数据就被污染了，我们就说这块数据在多线程环境下是不安全的，即线程不安全的。



这就是线程安全这个概念产生的背景，笔者认为，谈论线程安全性，一定需要先介绍操作系统中进程与线程操作内存的过程，否则，说一个对象是安全的还是不安全的就显得有点突兀，而且相对于什么是安全的也不知道。



线程安全性

《Java并发编程实战》给出的定义如下：

一个对象是否需要是线程安全的，取决于它是否被多个线程访问。这只和对象在程序中是以何种方式被使用的有关，和对象本身具体是做什么的无关。



当多个线程访问某个类时，这个类始终都能表现出正确的行为，那么就称这个类是线程安全的。



线程安全的程序不一定是由线程安全的类组成，完全由线程安全类组成的程序也不一定是线程安全的。还需要一定的组合技巧才能保证线程安全。



要编写线程安全的代码，其核心在于要对对象状态访问操作进行管理，特别是对共享的（Shared）和可变的（Mutable）状态的访问，即数据的访问，而数据是存储在内存中，也就是说，线程安全的本质不是代码在线程中的安全，而是线程中内存的安全。



至此，线程安全的概念介绍完毕，最后的最后，你知道有哪些方法可以保证线程安全吗？



总结

分享一个学习方法，带着问题去看书。有时候看一本书，从头到尾看完确实非常枯燥无味，且很容易就放弃了，最近想到一个方法就是带着问题去看，比如《Java并发编程实战》，据说是Java并发编程的神书，但是很枯燥，而且中文版也难懂，看了好多次之后没能进入状态，后来就想着，能不能去网上看看一些面试题，看看这本书究竟能给我解答什么疑惑，怀着这样的心情，就把前三章看完了。



带着问题去看，目的性较强，更容易去理解，再通过自己的语言描述出来，印象就更深刻了。



原创文章，文笔有限，才疏学浅，文中若有不正之处，万望告知。



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