5個步驟，教你瞬間明白執行緒和執行緒安全.md
記得剛來杭州面試的時候，有一家公司的技術總監問了我這樣一個問題：你來說說有哪些執行緒安全的類？我心裡一想，這我早都背好了，稀里嘩啦說了一大堆。
他又接著問：那你再來說說什麼是執行緒安全？——然後我就GG了。說真的，我們整天說執行緒安全，但是對於什麼是執行緒安全我們真的了解嗎？之前的我真的是了解甚微，那麼我們今天就來聊聊這個問題。
在探討執行緒安全之前，我們先來聊聊什麼是進程。
什麼是進程？
電腦中時會有很多單獨運行的程式，每個程式有一個獨立的進程，而進程之間是相互獨立存在的。比如下圖中的QQ、酷狗播放器、電腦管家等等。
什麼是執行緒？
進程想要執行任務就需要依賴執行緒。換句話說，就是進程中的最小執行單位就是執行緒，並且一個進程中至少有一個執行緒。
那什麼是多執行緒？提到多執行緒這裡要說兩個概念，就是串列和並行，搞清楚這個，我們才能更好地理解多執行緒。
所謂串列，其實是相對於單條執行緒來執行多個任務來說的，我們就拿下載文件來舉個例子：當我們下載多個文件時，在串列中它是按照一定的順序去進行下載的，也就是說，必須等下載完A之後才能開始下載B，它們在時間上是不可能發生重疊的。
並行：下載多個文件，開啟多條執行緒，多個文件同時進行下載，這裡是嚴格意義上的，在同一時刻發生的，並行在時間上是重疊的。
了解了這兩個概念之後，我們再來說說什麼是多執行緒。舉個例子，我們打開騰訊管家，騰訊管家本身就是一個程式，也就是說它就是一個進程，它裡面有很多的功能，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。
按照單執行緒來說，無論你想要清理垃圾、還是要病毒查殺，那麼你必須先做完其中的一件事，才能做下一件事，這裡面是有一個執行順序的。
如果是多執行緒的話，我們其實在清理垃圾的時候，還可以進行查殺病毒、電腦加速等等其他的操作，這個是嚴格意義上的同一時刻發生的，沒有執行上的先後順序。
以上就是，一個進程運行時產生了多個執行緒。
在了解完這個問題後，我們又需要去了解一個使用多執行緒不得不考慮的問題——執行緒安全。
今天我們不說如何保證一個執行緒的安全，我們聊聊什麼是執行緒安全？因為我之前面試被問到了，說真的，我之前真的不是特別了解這個問題，我們好像只學了如何確保一個執行緒安全，卻不知道所謂的安全到底是什麼！
什麼是執行緒安全？
既然是執行緒安全問題，那麼毫無疑問，所有的隱患都是在多個執行緒訪問的情況下產生的，也就是我們要確保在多條執行緒訪問的時候，我們的程式還能按照我們預期的行為去執行，我們看一下下面的程式碼。
Integer count = 0;
public void getCount() {
count ++;
System.out.println(count);
}
很簡單的一段程式碼，下面我們就來統計一下這個方法的訪問次數，多個執行緒同時訪問會不會出現什麼問題，我開啟的3條執行緒，每個執行緒循環10次，得到以下結果：
我們可以看到，這裡出現了兩個26，出現這種情況顯然表明這個方法根本就不是執行緒安全的，出現這種問題的原因有很多。
最常見的一種，就是我們A執行緒在進入方法後，拿到了count的值，剛把這個值讀取出來，還沒有改變count的值的時候，結果執行緒B也進來的，那麼導致執行緒A和執行緒B拿到的count值是一樣的。
那麼由此我們可以了解到，這確實不是一個執行緒安全的類，因為他們都需要操作這個共享的變數。其實要對執行緒安全問題給出一個明確的定義，還是蠻複雜的，我們根據我們這個程式來總結下什麼是執行緒安全。
當多個執行緒訪問某個方法時，不管你通過怎樣的調用方式、或者說這些執行緒如何交替地執行，我們在主程式中不需要去做任何的同步，這個類的結果行為都是我們設想的正確行為，那麼我們就可以說這個類是執行緒安全的。
搞清楚了什麼是執行緒安全，接下來我們看看Java中確保執行緒安全最常用的兩種方式。先來看段程式碼。
public void threadMethod(int j) {
int i = 1;
j = j + i;
}
大家覺得這段程式碼是執行緒安全的嗎？
毫無疑問，它絕對是執行緒安全的，我們來分析一下，為什麼它是執行緒安全的？
我們可以看到這段程式碼是沒有任何狀態的，就是說我們這段程式碼，不包含任何的作用域，也沒有去引用其他類中的域進行引用，它所執行的作用範圍與執行結果只存在它這條執行緒的局部變數中，並且只能由正在執行的執行緒進行訪問。當前執行緒的訪問，不會對另一個訪問同一個方法的執行緒造成任何的影響。
兩個執行緒同時訪問這個方法，因為沒有共享的數據，所以他們之間的行為，並不會影響其他執行緒的操作和結果，所以說無狀態的對象，也是執行緒安全的。
添加一個狀態呢？
如果我們給這段程式碼添加一個狀態，添加一個count，來記錄這個方法並命中的次數，每請求一次count+1，那麼這個時候這個執行緒還是安全的嗎？
public class ThreadDemo {
int count = 0; // 記錄方法的命中次數
public void threadMethod(int j) {
count++ ;
int i = 1;
j = j + i;
}
}
很明顯已經不是了，單執行緒運行起來確實是沒有任何問題的，但是當出現多條執行緒並發訪問這個方法的時候，問題就出現了，我們先來分析下count+1這個操作。
進入這個方法之後首先要讀取count的值，然後修改count的值，最後才把這把值賦值給count，總共包含了三步過程：「讀取」一>「修改」一>「賦值」，既然這個過程是分步的，那麼我們先來看下面這張圖，看看你能不能看出問題：
可以發現，count的值並不是正確的結果，當執行緒A讀取到count的值，但是還沒有進行修改的時候，執行緒B已經進來了，然後執行緒B讀取到的還是count為1的值，正因為如此所以我們的count值已經出現了偏差，那麼這樣的程式放在我們的程式碼中，是存在很多的隱患的。
如何確保執行緒安全？
既然存在執行緒安全的問題，那麼肯定得想辦法解決這個問題，怎麼解決？我們說說常見的幾種方式。
1、synchronized
synchronized關鍵字，就是用來控制執行緒同步的，保證我們的執行緒在多執行緒環境下，不被多個執行緒同時執行，確保我們數據的完整性，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
public synchronized void threadMethod(int j) {
count++ ;
int i = 1;
j = j + i;
}
}
這樣就可以確保我們的執行緒同步了，同時這裡需要注意一個大家平時忽略的問題，首先synchronized鎖的是括弧里的對象，而不是程式碼，其次，對於非靜態的synchronized方法，鎖的是對象本身也就是this。
當synchronized鎖住一個對象之後，別的執行緒如果想要獲取鎖對象，那麼就必須等這個執行緒執行完釋放鎖對象之後才可以，否則一直處於等待狀態。
注意點：雖然加synchronized關鍵字，可以讓我們的執行緒變得安全，但是我們在用的時候，也要注意縮小synchronized的使用範圍，如果隨意使用時很影響程式的性能，別的對象想拿到鎖，結果你沒用鎖還一直把鎖佔用，這樣就有點浪費資源。
2、Lock
先來說說它跟synchronized有什麼區別吧，Lock是在Java1.6被引入進來的，Lock的引入讓鎖有了可操作性，什麼意思？就是我們在需要的時候去手動的獲取鎖和釋放鎖，甚至我們還可以中斷獲取以及超時獲取的同步特性，但是從使用上說Lock明顯沒有synchronized使用起來方便快捷。我們先來看下一般是如何使用的：
private Lock lock = new ReentrantLock(); // ReentrantLock是Lock的子類
private void method(Thread thread){
lock.lock(); // 獲取鎖對象
try {
System.out.println("執行緒名："+thread.getName() + "獲得了鎖");
// Thread.sleep(2000);
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println("執行緒名："+thread.getName() + "釋放了鎖");
lock.unlock(); // 釋放鎖對象
}
}
進入方法我們首先要獲取到鎖，然後去執行我們業務程式碼，這裡跟synchronized不同的是，Lock獲取的所對象需要我們親自去進行釋放，為了防止我們程式碼出現異常，所以我們的釋放鎖操作放在finally中，因為finally中的程式碼無論如何都是會執行的。
寫個主方法，開啟兩個執行緒測試一下我們的程式是否正常：
public static void main(String[] args) {
LockTest lockTest = new LockTest();
// 執行緒1
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// Thread.currentThread() 返回當前執行緒的引用
lockTest.method(Thread.currentThread());
}
}, "t1");
// 執行緒2
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
lockTest.method(Thread.currentThread());
}
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
}
結果：
可以看出我們的執行，是沒有任何問題的。
其實在Lock還有幾種獲取鎖的方式，我們這裡再說一種，就是tryLock()這個方法跟Lock()是有區別的，Lock在獲取鎖的時候，如果拿不到鎖，就一直處於等待狀態，直到拿到鎖，但是tryLock()卻不是這樣的，tryLock是有一個Boolean的返回值的，如果沒有拿到鎖，直接返回false，停止等待，它不會像Lock()那樣去一直等待獲取鎖。
我們來看下程式碼：
private void method(Thread thread){
// lock.lock(); // 獲取鎖對象
if (lock.tryLock()) {
try {
System.out.println("執行緒名："+thread.getName() + "獲得了鎖");
// Thread.sleep(2000);
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println("執行緒名："+thread.getName() + "釋放了鎖");
lock.unlock(); // 釋放鎖對象
}
}
}
結果：我們繼續使用剛才的兩個執行緒進行測試可以發現，在執行緒t1獲取到鎖之後，執行緒t2立馬進來，然後發現鎖已經被佔用，那麼這個時候它也不在繼續等待。
似乎這種方法，感覺不是很完美，如果我第一個執行緒，拿到鎖的時間，比第二個執行緒進來的時間還要長，是不是也拿不到鎖對象？
那我能不能，用一中方式來控制一下，讓後面等待的執行緒，可以等待5秒，如果5秒之後，還獲取不到鎖，那麼就停止等，其實tryLock()是可以進行設置等待的相應時間的。
private void method(Thread thread) throws InterruptedException {
// lock.lock(); // 獲取鎖對象
// 如果2秒內獲取不到鎖對象，那就不再等待
if (lock.tryLock(2,TimeUnit.SECONDS)) {
try {
System.out.println("執行緒名："+thread.getName() + "獲得了鎖");
// 這裡睡眠3秒
Thread.sleep(3000);
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println("執行緒名："+thread.getName() + "釋放了鎖");
lock.unlock(); // 釋放鎖對象
}
}
}
結果：看上面的程式碼，我們可以發現，雖然我們獲取鎖對象的時候，可以等待2秒，但是我們執行緒t1在獲取鎖對象之後，執行任務缺花費了3秒，那麼這個時候執行緒t2是不在等待的。
我們再來改一下這個等待時間，改為5秒，再來看下結果：
private void method(Thread thread) throws InterruptedException {
// lock.lock(); // 獲取鎖對象
// 如果5秒內獲取不到鎖對象，那就不再等待
if (lock.tryLock(5,TimeUnit.SECONDS)) {
try {
System.out.println("執行緒名："+thread.getName() + "獲得了鎖");
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println("執行緒名："+thread.getName() + "釋放了鎖");
lock.unlock(); // 釋放鎖對象
}
}
}
結果：這個時候我們可以看到，執行緒t2等到5秒獲取到了鎖對象，執行了任務程式碼。
以上就是使用Lock，來保證我們執行緒安全的方式。
