线程安全问题的 3 种解决方案！

作者 | 磊哥

来源 | Java面试真题解析（ID：aimianshi666）

转载请联系授权（微信ID：GG_Stone）

线程安全是指某个方法或某段代码，在多线程中能够正确的执行，不会出现数据不一致或数据污染的情况，我们把这样的程序称之为线程安全的，反之则为非线程安全的。在 Java 中，解决线程安全问题有以下 3 种手段：

使用线程安全类，比如 AtomicInteger。
加锁排队执行
1. 使用 synchronized 加锁。
2. 使用 ReentrantLock 加锁。
使用线程本地变量 ThreadLocal。

接下来我们逐个来看它们的实现。

线程安全问题演示

我们创建一个变量 number 等于 0，之后创建线程 1，执行 100 万次 ++ 操作，同时再创建线程 2 执行 100 万次 -- 操作，等线程 1 和线程 2 都执行完之后，打印 number 变量的值，如果打印的结果为 0，则说明是线程安全的，否则则为非线程安全的，示例代码如下：

public class ThreadSafeTest {// 全局变量private static int number = 0;// 循环次数(100W)private static final int COUNT = 1_000_000;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 线程1：执行 100W 次 ++ 操作Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < COUNT; i++) {number++;}});t1.start();// 线程2：执行 100W 次 -- 操作Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < COUNT; i++) {number--;}});t2.start();// 等待线程 1 和线程 2，执行完，打印 number 最终的结果t1.join();t2.join();System.out.println("number 最终结果：" + number);}
}

以上程序的执行结果如下图所示：从上述执行结果可以看出，number 变量最终的结果并不是 0，和预期的正确结果不相符，这就是多线程中的线程安全问题。

解决线程安全问题

1.原子类AtomicInteger

AtomicInteger 是线程安全的类，使用它可以将 ++ 操作和 -- 操作，变成一个原子性操作，这样就能解决非线程安全的问题了，如下代码所示：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;public class AtomicIntegerExample {// 创建 AtomicIntegerprivate static AtomicInteger number = new AtomicInteger(0);// 循环次数private static final int COUNT = 1_000_000;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 线程1：执行 100W 次 ++ 操作Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < COUNT; i++) {// ++ 操作number.incrementAndGet();}});t1.start();// 线程2：执行 100W 次 -- 操作Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < COUNT; i++) {// -- 操作number.decrementAndGet();}});t2.start();// 等待线程 1 和线程 2，执行完，打印 number 最终的结果t1.join();t2.join();System.out.println("最终结果：" + number.get());}
}

以上程序的执行结果如下图所示：

2.加锁排队执行

Java 中有两种锁：synchronized 同步锁和 ReentrantLock 可重入锁。

2.1 同步锁synchronized

synchronized 是 JVM 层面实现的自动加锁和自动释放锁的同步锁，它的实现代码如下：

public class SynchronizedExample {// 全局变量private static int number = 0;// 循环次数(100W)private static final int COUNT = 1_000_000;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 线程1：执行 100W 次 ++ 操作Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < COUNT; i++) {// 加锁排队执行synchronized (SynchronizedExample.class) {number++;}}});t1.start();// 线程2：执行 100W 次 -- 操作Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < COUNT; i++) {// 加锁排队执行synchronized (SynchronizedExample.class) {number--;}}});t2.start();// 等待线程 1 和线程 2，执行完，打印 number 最终的结果t1.join();t2.join();System.out.println("number 最终结果：" + number);}
}

以上程序的执行结果如下图所示：

2.2 可重入锁ReentrantLock

ReentrantLock 可重入锁需要程序员自己加锁和释放锁，它的实现代码如下：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/*** 使用 ReentrantLock 解决非线程安全问题*/
public class ReentrantLockExample {// 全局变量private static int number = 0;// 循环次数(100W)private static final int COUNT = 1_000_000;// 创建 ReentrantLockprivate static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 线程1：执行 100W 次 ++ 操作Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < COUNT; i++) {lock.lock();    // 手动加锁number++;       // ++ 操作lock.unlock();  // 手动释放锁}});t1.start();// 线程2：执行 100W 次 -- 操作Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < COUNT; i++) {lock.lock();    // 手动加锁number--;       // -- 操作lock.unlock();  // 手动释放锁}});t2.start();// 等待线程 1 和线程 2，执行完，打印 number 最终的结果t1.join();t2.join();System.out.println("number 最终结果：" + number);}
}

以上程序的执行结果如下图所示：

3.线程本地变量ThreadLocal

使用 ThreadLocal 线程本地变量也可以解决线程安全问题，它是给每个线程独自创建了一份属于自己的私有变量，不同的线程操作的是不同的变量，所以也不会存在非线程安全的问题，它的实现代码如下：

public class ThreadSafeExample {// 创建 ThreadLocal（设置每个线程中的初始值为 0）private static ThreadLocal<Integer> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> 0);// 全局变量private static int number = 0;// 循环次数(100W)private static final int COUNT = 1_000_000;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 线程1：执行 100W 次 ++ 操作Thread t1 = new Thread(() -> {try {for (int i = 0; i < COUNT; i++) {// ++ 操作threadLocal.set(threadLocal.get() + 1);}// 将 ThreadLocal 中的值进行累加number += threadLocal.get();} finally {threadLocal.remove(); // 清除资源，防止内存溢出}});t1.start();// 线程2：执行 100W 次 -- 操作Thread t2 = new Thread(() -> {try {for (int i = 0; i < COUNT; i++) {// -- 操作threadLocal.set(threadLocal.get() - 1);}// 将 ThreadLocal 中的值进行累加number += threadLocal.get();} finally {threadLocal.remove(); // 清除资源，防止内存溢出}});t2.start();// 等待线程 1 和线程 2，执行完，打印 number 最终的结果t1.join();t2.join();System.out.println("最终结果：" + number);}
}

以上程序的执行结果如下图所示：