線程安全

多個線程訪問同一個對象時，如果不用考慮這些線程在運行時環境下的調度和交替執行，也不需要進行額外的同步，或者在調用方進行任何其他操作，調用這個對象的行為都可以獲得正確的結果，那麼這個對象就是線程安全的。

或者說：一個類或者程序所提供的介面對於線程來說是原子操作或者多個線程之間的切換不會導致該介面的執行結果存在二義性，也就是說我們不用考慮同步的問題。

線程安全問題大多是由全局變數及靜態變數引起的，局部變數逃逸也可能導致線程安全問題。

若每個線程中對全局變數、靜態變數只有讀操作，而無寫操作，一般來說，這個全局變數是線程安全的；若有多個線程同時執行寫操作，一般都需要考慮線程同步，否則的話就可能影響線程安全。

類要成為線程安全的，首先必須在單線程環境中有正確的行為。如果一個類實現正確(這是說它符合規格說明的另一種方式)，那麼沒有一種對這個類的對象的操作序列(讀或者寫公共欄位以及調用公共方法)可以讓對象處於無效狀態，觀察到對象處於無效狀態、或者違反類的任何不可變數、前置條件或者後置條件的情況。

此外，一個類要成為線程安全的，在被多個線程訪問時，不管運行時環境執行這些線程有什麼樣的時序安排或者交錯，它必須仍然有如上所述的正確行為，並且在調用的代碼中沒有任何額外的同步。其效果就是，在所有線程看來，對於線程安全對象的操作是以固定的、全局一致的順序發生的。

正確性與線程安全性之間的關係非常類似於在描述 ACID(原子性、一致性、獨立性和持久性)事務時使用的一致性與獨立性之間的關係：從特定線程的角度看，由不同線程所執行的對象操作是先後(雖然順序不定)而不是并行執行的。

比如一個 ArrayList 類，在添加一個元素的時候，它可能會有兩步來完成：1. 在 Items[Size] 的位置存放此元素；2. 增大 Size 的值。

在單線程運行的情況下，如果 Size = 0，添加一個元素后，此元素在位置 0，而且 Size=1；

而如果是在多線程情況下，比如有兩個線程，線程 A 先將元素存放在位置 0。但是此時 CPU 調度線程A暫停，線程 B 得到運行的機會。線程B也向此 ArrayList 添加元素，因為此時 Size 仍然等於 0 （注意哦，我們假設的是添加一個元素是要兩個步驟哦，而線程A僅僅完成了步驟1），所以線程B也將元素存放在位置0。然後線程A和線程B都繼續運行，都增加 Size 的值。

那好，我們來看看 ArrayList 的情況，元素實際上只有一個，存放在位置 0，而 Size 卻等於 2。這就是“線程不安全”了。

線程安全性不是一個非真即假的命題。 Vector 的方法都是同步的，並且 Vector 明確地設計為在多線程環境中工作。但是它的線程安全性是有限制的，即在某些方法之間有狀態依賴(類似地，如果在迭代過程中 Vector 被其他線程修改，那麼由 Vector.iterator() 返回的 iterator會拋出ConcurrentModificationException)。

對於 Java 類中常見的線程安全性級別，沒有一種分類系統可被廣泛接受，不過重要的是在編寫類時盡量記錄下它們的線程安全行為。

Bloch 給出了描述五類線程安全性的分類方法：不可變、線程安全、有條件線程安全、線程兼容和線程對立。只要明確地記錄下線程安全特性，那麼您是否使用這種系統都沒關係。這種系統有其局限性 -- 各類之間的界線不是百分之百地明確，而且有些情況它沒照顧到 -- 但是這套系統是一個很好的起點。這種分類系統的核心是調用者是否可以或者必須用外部同步包圍操作(或者一系列操作)。下面幾節分別描述了線程安全性的這五種類別。

不可變的對象一定是線程安全的，並且永遠也不需要額外的同步。因為一個不可變的對象只要構建正確，其外部可見狀態永遠也不會改變，永遠也不會看到它處於不一致的狀態。Java 類庫中大多數基本數值類如 Integer 、 String 和 BigInteger 都是不可變的。

需要注意的是，對於Integer，該類不提供add方法，加法是使用+來直接操作。而+操作是不具線程安全的。這是提供原子操作類AtomicInteger的原因。

線程安全的對象具有在上面“線程安全”一節中描述的屬性 -- 由類的規格說明所規定的約束在對象被多個線程訪問時仍然有效，不管運行時環境如何排列，線程都不需要任何額外的同步。這種線程安全性保證是很嚴格的 -- 許多類，如 Hashtable 或者 Vector 都不能滿足這種嚴格的定義。

有條件的線程安全類對於單獨的操作可以是線程安全的，但是某些操作序列可能需要外部同步。條件線程安全的最常見的例子是遍歷由 Hashtable 或者 Vector 或者返回的迭代器 -- 由這些類返回的 fail-fast 迭代器假定在迭代器進行遍歷的時候底層集合不會有變化。為了保證其他線程不會在遍歷的時候改變集合，進行迭代的線程應該確保它是獨佔性地訪問集合以實現遍歷的完整性。通常，獨佔性的訪問是由對鎖的同步保證的 -- 並且類的文檔應該說明是哪個鎖(通常是對象的內部監視器(intrinsic monitor))。

如果對一個有條件線程安全類進行記錄，那麼您應該不僅要記錄它是有條件線程安全的，而且還要記錄必須防止哪些操作序列的併發訪問。用戶可以合理地假設其他操作序列不需要任何額外的同步。

線程兼容類不是線程安全的，但是可以通過正確使用同步而在併發環境中安全地使用。這可能意味著用一個 synchronized 塊包圍每一個方法調用，或者創建一個包裝器對象，其中每一個方法都是同步的(就像 Collections.synchronizedList() 一樣)。也可能意味著用 synchronized 塊包圍某些操作序列。為了最大程度地利用線程兼容類，如果所有調用都使用同一個塊，那麼就不應該要求調用者對該塊同步。這樣做會使線程兼容的對象作為變數實例包含在其他線程安全的對象中，從而可以利用其所有者對象的同步。

許多常見的類是線程兼容的，如集合類 ArrayList 和 HashMap 、 java.text.SimpleDateFormat 、或者 JDBC 類 Connection 和 ResultSet 。

線程對立類是那些不管是否調用了外部同步都不能在併發使用時安全地呈現的類。線程對立很少見，當類修改靜態數據，而靜態數據會影響在其他線程中執行的其他類的行為，這時通常會出現線程對立。線程對立類的一個例子是調用 System.setOut() 的類。

線程安全，是指變數或方法( 這些變數或方法是多線程共享的) 可以在多線程的環境下被安全有效的訪問。這說明了兩方面的問題:

(1)可以從多個線程中調用，無需調用方有任何操作;

(2)可以同時被多個線程調用，無需線程之不必要的交互。