回答
线程安全的本质是内存安全,在 Java 中我们绝大多数的数据都是存储在 Java 堆中的,而 Java 堆是所有线程共享的。当多个线程访问同一个对象时,如果能够获得预期的结果,那么我们就会说这个对象线程安全,反之线程不安全。
一个对象是否线程安全需要考虑两个问题:
共享资源
首先我们的资源需要是共享的,例如线程独享的局部变量我们是无需考虑其线程安全问题的。多个线程访问和修改同一块资源,可能会 导致资源状态的不一致。
竞争条件
如果多个线程同时访问共享资源,并试图同时修改它,就会产生竞争条件。
同时,线程安全还问题还涉及三个核心问题:
- 原子性
原子性指的是一个或多个操作在 CPU 执行的过程中是不可分割的、执行过程中不可被中断的一整套操作。如果一个操作是原子的,那么这些操作要么全部成功执行并完成,要么全部不执行,不会出现中间状态。比如下面这个操作就不是原子性的:
i++
因为它包含了三个步骤:
- 读取
i
的值。 - 增加
i
的值。 - 将新值写回到
i
的内存地址。
在多线程环境下,如果我们不采取有效的保护措施,则该操作就是线程不安全的。
更多关于原子性的阅读:什么是原子性?volatile能保证原子性吗?
- 可见性
可见性是指一个线程对共享变量的修改,能够及时被其他线程看到。由于 Java 的内存模型(JMM)的存在,线程对变量的操作并不总是直接作用于主内存,而是可能会被缓存到线程的工作内存中(如 CPU 缓存)。
更多关于可见性的阅读:什么是可见性?volatile 是如何保证可见性的?
- 有序性
有序性指的是程序在执行过程中,操作的顺序可以按照程序的代码顺序执行。由于编译器和处理器的优化(重排序),代码的实际执行顺序可能与代码的书写顺序不同。
更多关于有序性的阅读:知道指令重排吗?volatile 是如何保证有序性的?
扩展
Java 提供了多种方案来保证线程安全问题,详细情况请阅读:有哪些方案可以实现线程安全?