线程安全

线程安全的重要性不言而喻，两个并发的线程如果有一个共享数据，如果没有采用任何的安全措施，那这个数据几乎一定会被破坏，这里看个例子。

public class App {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        count c = new count();
        Thread manager = new Thread(new manager(c));
        Thread manager2 = new Thread(new manager(c));
        manager.start();
        manager2.start();
        manager.join();
        manager2.join();
        System.out.println(count.i);
    }
}
class count {
    static int i = 0;
    public void increase() {++i;}
}
class manager implements Runnable { 
   count temp;
    manager(count c) {
        temp = c;
    }
    @Override
    public void run() {
         for(int i = 0 ; i < 100; ++ i) {
             temp.increase();
         }         
    }
}

上面这个代码，两个经理负责对一个 count类的 实例 i 进行加法，最后输出结果看似是 200 但其实总是低于200，而且每次运行的结果都有变化，为什么呢？

这是因为对共享数据的操作不是原子性的，什么是原子性？一个操作在执行过程中不会被中断。 ++ i 看似好像一步完成，但熟悉CPU指令执行结果的人都知道

这其实是 i = i + 1，先读取i的值，然后对 i 进行加法，再赋值。

假设两个线程同时读取，同时计算，先后写入结果，那么前一个结果就会被后一个结果覆盖，而前一个线程毫无所知，就会丢失一些值。

synchronized关键字

synchronized 保证同一时间只能有一个线程进入包裹的代码块，看代码。

 @Override
    public void run() {
         for(int i = 0 ; i < 100; ++ i) {
             synchronized(temp) { temp.increase(); }
         }         
    }

这里指定了synchronized 加锁对象，当一个线程要进入代码块时，要获得给定对象的锁，如果其他线程有这个锁，则该线程就会等待直到其他线程释放这把锁。

这样保证一次只有一个线程执行 ++i 操作。

synchronized其实是把一个不是原子性的操作变为原子性了，在线程结束执行之前都不会有其他线程来干扰操作。

JMM内存模型

 

让我们从内存的角度来理解线程并发的安全问题，首先介绍一下JMM内存模型，建议读者先去其他博客看看Java内存区域的概念再回来看。

为什么有JMM内存模型

首先不存在什么JMM，堆栈。硬件上只有内存，CPU多级高速缓存，寄存器。这些缓存提升了CPU的执行效率，却也引入了内存一致性问题。

数据同时存在与缓存和主内存中，如果只是单线程的话没什么问题，但多线程同时访问数据的话就会出现上文例子的灾难性的后果。

Java内存区域(不是模型！) 是用虚拟机用来管理运行时内存的，并不能解决上述问题。所以Java语言在符合Java内存区域的基础上，推出了Java内存模型（JMM），

来解决缓冲内存数据不一致，处理器对代码乱序执行，编译器对代码指令重排等问题。

JMM的主内存和工作内存

JMM规定除方法参数，本地方法外的变量都保存在主内存，由所有线程共享。但线程对变量的操作都必须在工作内存中进行，首先把主内存的变量复制到工作内存中，操作完毕后再刷新到主内存中。

工作内存是线程的私有区域，不同线程不能访问其他线程的工作内存。

原子性，可见性，有序性

上面提到的是JMM对不同线程对共享变量访问过程的抽象。可以看到还有多级缓存的影子，正因为硬件的多级缓存才导致JMM也必须抽象出容易导致并发安全问题的主内存与工作内存之分，现在看看JMM是如何通过原子性，可见性，有序性，基于这个抽象解决问题的。

原子性：原子性指一个操作一开始就不可以中断。回看上面那个线程安全的例子，把CPU的寄存器换成JMM的工作内存抽象，当一个操作数被读入工作内存修改，其他线程正好写回主内存，这时该线程把修改完毕的数据写回主内存，就会导致问题。JMM使用synchronized关键字或重入锁来解决(如果还未学习Java并发编程锁的概念，请停止阅读，去学习一篇关于锁的优质博客)。

有人可能会有疑问：synchronized关键字不是我们自己编程的时候使用的吗，怎么和JMM内存模型扯上关系了？这是个好问题，我的理解是 JMM内存模型关键就是从CPU多级缓存中抽象出了主内存和工作内存，因为不同操作系统，硬件这些缓存都不同，如果没有JMM的抽象，那并发程序只能在一个平台上运行，换一个平台就会出现问题。正是因为这个普适的抽象，我们才能用锁来管理工作内存和主内存的变量访问，所以锁也算JMM内存模型的一部分。（仅个人理解，如果错误请在评论指正）.

 可见性和有序性：可见性是指一个线程修改过共享变量的值后，其他线程能否马上知道这个值，有序性是指多线程环境中代码语义与原来不一致。如果没有达到可见性的概念，其他线程可能读取到的是一个过期的值。就像上面的例子，从而导致结果错误。而指令重排机制可能导致失去有序性。指令重排是指编译器或处理器因为各种原因，例如优化，提前了一些指令的执行，在单线程中没有任何问题，即使重排也会保证单线程的逻辑正确，但是在多线程中语义就会出现改变。

如何保证可见性和有序性呢，通过上文我们可以看到，指令重排在单线程中不会有任何问题。所以我们可以使用synchronized关键字或volatile关键字。前者通过排他锁保证同一时间内，被修饰的代码是单线程执行的，保证了同一段代码中的变量对其他所有线程的可见性。而volatile关键字可以强行同步不同线程的共享变量，还防止局部指令重排，从而防止了不同代码段指令重排后语义改变。

 volatile关键字

使用volatile关键字可以保证被修饰变量的可见性和有序性，但不保证原子性。

volatile保证可见性的原理是，volatile能够强行刷新更新后的数据到主内存中，同时通知其他线程的缓存数据已经过期。如果其他线程之前把volatile关键字加修饰的变量载进工作内存，就会重新从主内存加载最新的数据值。

volatile关键字保证有序性的原理是，volatile关键字能禁止指令重排，保证代码会严格按先后顺序执行。

但volatile关键字不能保证原子性，所以不能用它代替synchronized关键字，不然某些情况会有问题。比如 ++ i 操作，假设AB两个线程都读取 i 值到自己的缓存中，并进行加法运算，注意假设A线程先进行加法，可能不会立刻更新到主内存中，因为更新操作实际上是跟在加法指令后的一条指令完成的。如果在加法指令完成后切换到B线程执行，那就不会立刻刷新到主内存中。等A线程写入后B缓存失效，B缓存失效后重新读取，但是B线程加法指令已经执行过了，所以这时执行的指令为最后一步的写入操作，那这样就丢失了B线程的计算结果。所以结果出错，不能保证原子性。

 其他Java并发程序基础

介绍完基础的synchronied，volatile 关键字和JMM内存模型，现在来看看其他并发程序基础。

线程组

如果线程的数量很多且分工明确，可以把相同功能的线程归类到一个线程组中管理。

public class App {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ThreadGroup tg = new ThreadGroup("aGroup");
        Thread t = new Thread(tg, new manager(),"aThread");  
        t.start();        
    }
}
class manager implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getThreadGroup());   
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());    
    }
}

上述代码中，初始化了一个线程组，并把它作为初始化线程的参数传入。线程构造函数的第一个参数是所属线程组对象，第二个参数是Runnable对象，第三个参数是线程的名称。

有人可能有疑惑，线程的名称不是变量的名称吗？其实不是，如果你没有给第三个参数，默认线程名称为 Thread-0，Thread-1 等，在查看信息的时候十分不方便，所以最好给每个线程都指定一个名称。

守护线程

守护线程是一种特殊的线程，为其他线程提供服务，像垃圾回收线程等。我们平常用的线程是工作线程，如果工作线程都退出了只剩下守护线程，那Java虚拟机就会自然退出。

Thread t = new Thread（new manager() ）；
t.setDaemon(true);
t.start();

上述代码用 setDaemon 方法设置一个线程为守护线程，注意设置必须要在start 方法前，不然会报错。

到这里Java并发程序基础基本上就结束了，我们在下一章介绍一下JDK并发包。