面試官：加鎖就必定線程安全了嗎？
咱們都知道，當多個線程併發地操做同一共享資源的時候，容易發生線程安全問題，解決這個問題的一個辦法是加鎖，那麼問題來了：加鎖就必定線程安全了嗎？html
各位小夥伴，大家的答案是什麼？是，仍是不是？java
其實這種面試問題，面試官可能會但願你能根據不一樣的場景展開闡述，而不是簡單的回答是或不是，這既可表現出你對多線程中的線程安全問題的理解到位，同時也體現了你分析問題的能力比別的候選人強，考慮問題周到。面試
1. 加同一個內置鎖或者顯式獨佔鎖，必定線程安全
這種方式其實是將並行變成了串行，全部須要進入同步區的線程，都須要先獲取到這把鎖，一旦某個線程獲取到了鎖，其餘線程就須要等待，即同時間在同步區範圍內，只能容許一個線程進行共享資源的訪問，所以會下降性能！數據庫
1) 加同一個內置鎖
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class ThreadSafeDemo {
private int anInt = 0;
public synchronized void incr() {
anInt++;
}
public void decr() {
synchronized (this) {
anInt--;
}
}
public static void main(String[] args) {
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);
ThreadSafeDemo demo = new ThreadSafeDemo();
for (int threadIdx = 0; threadIdx < 5; threadIdx++) {
if (threadIdx % 2 == 0) { // threadIdx 等於 0、二、4 時
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
demo.incr();
}
latch.countDown();
}).start();
} else { // threadIdx 等於 一、3 時
new Thread(() -> {
for (int i = 10000; i > 0; i--) {
demo.decr();
}
latch.countDown();
}).start();
}
}
try {
latch.await();
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
// 指望值：10000
System.out.println("當前 anInt 的值爲：" + demo.anInt);
}
}
如以上代碼，開啓 5 個併發線程，其中 3 個線程分別自增 10000，2 個線程分別自減 10000，因此最終指望正確的值應該是 30000 - 20000 = 10000，執行結果以下：api
結果正確，線程安全。緩存
2) 加同一個顯式獨佔鎖
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class ThreadSafeDemo {
private int anInt = 0;
public void incr() {
anInt++;
}
public void decr() {
anInt--;
}
public static void main(String[] args) {
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
ThreadSafeDemo demo = new ThreadSafeDemo();
for (int threadIdx = 0; threadIdx < 5; threadIdx++) {
if (threadIdx % 2 == 0) { // threadIdx 等於 0、二、4 時
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
// 顯式獨佔鎖加鎖
lock.lock();
demo.incr();
// 顯式獨佔鎖解鎖
lock.unlock();
}
latch.countDown();
}).start();
} else { // threadIdx 等於 一、3 時
new Thread(() -> {
for (int i = 10000; i > 0; i--) {
// 顯式獨佔鎖加鎖
lock.lock();
demo.decr();
// 顯式獨佔鎖解鎖
lock.unlock();
}
latch.countDown();
}).start();
}
}
try {
latch.await();
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
// 指望值：10000
System.out.println("當前 anInt 的值爲：" + demo.anInt);
}
}
同 1) 同樣，只不過這裏換成了顯式的獨佔鎖（ReentrantLock），因此執行結果是同樣的！安全
2. 加不一樣的鎖，必定線程不安全
咱們對 1 中的內置鎖部分代碼作一些修改，注意 incr() 和 decr() 方法：多線程
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class ThreadSafeDemo {
private static int anInt = 0;
public synchronized void incr() {
anInt++;
}
public static synchronized void decr() {
anInt--;
}
public static void main(String[] args) {
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);
ThreadSafeDemo demo = new ThreadSafeDemo();
for (int threadIdx = 0; threadIdx < 5; threadIdx++) {
if (threadIdx % 2 == 0) { // threadIdx 等於 0、二、4 時
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
demo.incr();
}
latch.countDown();
}).start();
} else { // threadIdx 等於 一、3 時
new Thread(() -> {
for (int i = 10000; i > 0; i--) {
ThreadSafeDemo.decr();
}
latch.countDown();
}).start();
}
}
try {
latch.await();
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
// 指望值：10000
System.out.println("當前 anInt 的值爲：" + anInt);
}
}
執行結果以下：併發
能夠看到，結果並不正確，線程不安全。oracle
那這是爲何呢？其實就是由於這裏有兩把鎖，不一樣的鎖，也就不能保證多線程對同一共享資源的併發操做是線程安全的。也就是說 0、二、4 線程獲取的鎖跟 一、3 線程獲取的鎖不是同一個鎖，0、二、4 線程獲取的鎖做用的對象是調用 incr() 這個方法的對象，也就是 demo，而 一、3 線程獲取的鎖做用的對象是 ThreadSafeDemo 這個類的 Class 對象，跟 synchronized (ThreadSafeDemo.class) {...} 的做用是相似的。
3. 加同一讀寫鎖，不必定線程安全
1 中使用的是獨佔鎖，會下降性能。實際上在一些場景下，多線程也能夠同時訪問共享資源，而不會產生線程安全的問題。例如多線程的「讀」操做與「讀」操做之間。
下面以 Java 8 的 ReentrantReadWriteLock 例子做示例說明，該示例參考了 Oracle 官方的 API 文檔中的例子，>> 傳送門：
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
public class ThreadSafeDemo {
/**
* 數據
*/
private String data = null;
/**
* 緩存是否有效
*/
private volatile boolean cache = false;
public String getDataFromDb() {
// 模擬從數據庫中獲取數據，耗時 0.5 秒
String data = null;
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500L);
data = String.valueOf(System.currentTimeMillis());
System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()
+ "] 緩存無效，從數據庫中獲取數據：" + data);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
return data;
}
public void use() {
System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()
+ "] 當前 data 的值爲：" + data);
}
public static void main(String[] args) {
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);
ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();
ThreadSafeDemo demo = new ThreadSafeDemo();
for (int threadIdx = 0; threadIdx < 5; threadIdx++) {
new Thread(() -> {
// 獲取讀鎖：⑴
rwLock.readLock().lock();
// 若是緩存無效
if (!demo.cache) {
// 釋放讀鎖（讀鎖不能升級爲寫鎖）：⑴ 處獲取的
rwLock.readLock().unlock();
// 獲取寫鎖
rwLock.writeLock().lock();
try {
// 再次檢查緩存是否有效，由於其餘線程有可能先於當前線程獲取到寫鎖並修改了它的值
if (!demo.cache) {
demo.data = demo.getDataFromDb();
// 緩存設爲有效
demo.cache = true;
}
// 獲取讀鎖（在釋放寫鎖以前，再獲取讀鎖，進行鎖降級）：⑵
rwLock.readLock().lock();
} finally {
// 釋放寫鎖，此時線程仍持有讀鎖（⑵ 處獲取的）
rwLock.writeLock().unlock();
}
}
try {
// 模擬 1 秒的處理時間，並打印出當前值
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
demo.use();
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
} finally {
// 釋放讀鎖：⑴ 或 ⑵ 處獲取的
rwLock.readLock().unlock();
}
latch.countDown();
}).start();
}
try {
latch.await();
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
}
執行結果：
乍一看，這不是正確的嗎？別急，咱們再來加點東西看看：
new Thread(() -> {
// 獲取讀鎖：⑴
rwLock.readLock().lock();
// 若是緩存無效
if (!demo.cache) {
// 錯誤示範，在讀鎖裏面修改了數據
demo.cache = true;
demo.data = demo.getDataFromDb();
demo.cache = false;
// 釋放讀鎖（讀鎖不能升級爲寫鎖）：⑴ 處獲取的
rwLock.readLock().unlock();
// Omit code...
}
// Omit code...
}).start();
如以上代碼，在前面的代碼基礎上，⑴ 處第一次獲取到讀鎖後，在釋放讀鎖以前，對共享資源進行了修改，執行結果以下：
能夠看到，由於在讀鎖區域內對共享資源進行了修改，致使出現了線程安全問題，而這種問題是因爲不正確地使用了讀寫鎖致使的。也就是說，在使用讀寫鎖時，不能在讀鎖範圍內對共享資源進行「寫」操做，須要理解讀寫鎖的適用場景而且正確地使用它。
總結
此次經過一個面試題，簡單地梳理了一下多線程的線程安全問題與鎖的關係，但願對各位能有幫助！因爲我的能力所限，若是各位小夥伴在閱讀文章時發現有錯誤的地方，歡迎反饋給我勘正，萬分感謝。
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