多線程的風險漫談

線程的風險

Java對線程內置支持是一把雙刃劍。它經過提供語言和類庫，以及一個規範的跨平臺存儲模型，簡化了併發應用的開發。這樣作同時提升了開發人員門檻，由於更多的程序須要使用線程，主流的開發人員都必須知道線程安全性的問題。

併發危險：競爭條件（race condition)。由於線程共享相同的內存地址空間，且併發的運行，它們可能訪問或修改其餘線程正在使用的變量。這其中存在着巨大風險，當數據之外改變時，線程會出現混亂。給順序編程模型引入了一些非順序因素，這可能形成混亂，而且難以發現錯誤的緣由。爲了使多線程程序的行爲可預見，訪問共享變量必須通過合理的協調，這樣線程纔不會相互干擾。Java提供了同步機制來協調這樣的訪問。

活躍度的危險：活躍度失敗（liveness failure)。當一個活動進入某種它永遠沒法繼續執行的狀態時，活躍度失敗就發生了。包括死鎖（dead lock）、飢餓（starvation)、活鎖（livelock)。

性能危險： 性能問題包括服務時間、響應性、吞吐量、資源消費或者可伸縮性

的不良表現。設計良好的應用使用線程，可以得到純粹的性能收益，可是線程會給運行時帶來必定程序的開銷。上下文切換（Context switches)——當調度程序臨時掛起當前運行的線程時，另外一個線程開始運行——這在多個線程組成的應用程序中是很頻繁的，而且帶來巨大的系統開銷；保存和恢復線程執行的上下文，離開執行的現場，而且CPU的時間會花費在對線程的調度上。當線程共享數據的時候，它們必須使用同步機制，這個機制會限制編譯器的優化，可以清空或鎖定內存和高速緩存，並在共享內存總線上建立同步通訊。這些因素引入了新的性能開銷。

 

線程安全

編寫線程安全的代碼，本質上就是管理對狀態（state）的訪問，並且一般都是共享（一個變量能夠被多個線程訪問）、可變（變量的值在其生命週期內能夠改）的狀態。

什麼是線程安全

當多個線程訪問一個類時，若是不用考慮這些線程在運行時環境下的調度和交替執行，而且不須要額外的的同步及在調用方代碼沒必要做其餘的協調，這個類的行爲仍然是正確的，那麼稱這個類是線程安全的。

無狀態的對象永遠是線程安全的。

原子性:假設有操做A和操做B，若是從執行A的線程角度看，當其餘線程執行B時，要麼B所有執行完成，要麼一點都沒有執行，這樣A和B互爲原子操做，一個原子操做是指，該操做對於全部的操做，包括它本身，都知足前面描述的狀態。

鎖：java 提供了強制原子性的內置鎖機制：synchronized塊。它包括兩部分：鎖對象引用，以及這個鎖保護的代碼塊。由於鎖使得線程可以串行地（serialized)訪問它所保護的代碼路徑，因此咱們能夠用鎖建立相關的協議，以保證線程對共享狀態的獨佔訪問。只要始終如一的遵循這些協議，就可以確保狀態的一致性。

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