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第 5 章：螺纹安全 螺纹安全

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Java 5 引入java.util.concurrent包后，线程开始被普遍用于提高复杂应用程序的性能。在图形（或标题）应用程序中，线程通过减少处理信息以呈现视图（用户可以在屏幕上看到并与之交互的编程组件）的主线程的负载来提高响应速度。当程序中创建了主线程或用户界面线程概念的线程时，就被称为后台线程。这些后台线程通常接收并处理用户交互事件，如手势和文本输入；或其他形式的数据检索，如从服务器读取数据；或本地存储，如数据库或文件系统。在服务器端，使用线程的后端应用程序可以充分利用现代 CPU 的多核功能，从而提高吞吐量。

然而，使用线程也有其自身的风险，本章将为您一一道来。线程安全可以看作是规避这些风险的一系列技术和良好实践。这些技术包括同步、互斥、阻塞 与非阻塞。线程限制等更高层次的概念也很重要。

本章的目的是向你介绍一些重要的线程安全概念，这些概念将在后续章节中使用。不过，我们不会广泛介绍线程安全。例如，我们不会解释对象发布或提供 Java 内存模型的详细信息。这些都是高级主题，我们建议您在理解本章讲解的概念后再学习。

线程问题示例

为了理解什么是线程安全，我们将选取一个简单的例子来说明线程安全问题。当程序同时运行多个线程时，每个线程都有可能与其他正在运行的线程同时进行操作。但这并不意味着一定会发生。当这种情况发生时，你需要防止一个线程访问正在被另一个线程变异的对象，因为它可能会读取对象的不一致状态。同时突变也是如此。确保每次只有一个线程可以访问代码块，这就是所谓的互斥。以下面的代码为例

class A {
    var aList: MutableList<Int> = ArrayList()
    private set

    fun add() {
        val last = aList.last()  // equivalent of aList[aList.size - 1]
        aList.add(last + 1)
    }

    init {
        aList.add(1)
    }
}

add() 方法取列表的最后一个元素，加 1，并将结果追加到列表中。如果两个线程试图同时执行add() ，预期会出现什么行为？

当第一个线程引用最后一个元素时，另一个线程可能已经来得及执行整个aList.add(last + 1) 行。¹在这种情况下，第一个线程读取最后一个元素为 2，并将 3 追加到列表中。结果列表将是[1, 2, 3] 。另一种情况也有可能发生。如果第二个线程没有时间追加新值，那么两个线程将读取最后一个元素的相同值。假定其他执行过程都顺利进行，我们得到的结果就是[1, 2, 2] 。还有一个危险可能发生：如果两个线程试图在同一时间向列表追加新元素，就会抛出一个ArrayIndexOutOfBoundsException将被抛出。

根据线程的交错情况，结果可能会有所不同。我们根本无法保证一定会得到结果。这些都是不具备线程安全特性的类或函数的表现，它们在被多个线程访问时可能无法正常运行。

那么，我们该如何解决这种潜在的不当行为呢？我们有三个选择：

1. 不要跨线程共享状态。

2. 跨线程共享不可变状态

3. 更改我们的实现，以便多个线程可以使用我们的类，并获得可预测的结果。

有多种策略可以实现某种线程安全，每种策略都有自己的优势和注意事项，因此开发人员必须能够评估自己的选择，并选择最适合线程问题需求的策略。

第一种选择相对明显。当线程可以在完全独立的数据集上工作时，就不会有访问相同内存地址的风险。 ...