Java中一些线程安全的问题

1.什么是线程安全？为什么需要关注？

1.1 线程安全概念

线程安全：当多个线程同时访问一个对象时，如果不需要额外的同步机制，这个对象的行为仍然正确的（符合预期），那么就称这个对象是线程安全的。
**核心是“正确性”，即在并发环境下，能保证数据的一致性和逻辑的正确性。
为什么需要关注：

数据竞争：多个线程同时写一个共享变量，导致数据丢失、覆盖或不一致。**内存可见性：**一个线程修改了共享变量，其他线程无法立即看到修改后的值，仍然使用旧的缓存值。**性能与可靠性：**非线程安全的代码在并发下会导致程序崩溃、计算结果错误、业务逻辑混乱等严重问题。尤其是现代多核CPU架构下，并发是常态，必须重视。

2. 实现线程安全的常用方法

synchronized关键字：
Java中最基本的护持同步锁，保证同一时刻只有一个线程能进入同步代码或方法。它提供了原子性和可见性。ReentrantLock:
JDK 5.0提供的显示锁，功能比synchronized更丰富（如可中断，公平锁、尝试获取锁，多个条件变量）。volatile 关键字：
保证变量的可见性和禁止指令重排序。但它不保证操作的原子性。适用于“一写多读”的场景或作为状态标志。原子类（如AtomicInteger）：
基于CAS（Compare-And-Swap）操作，提供了一组线程安全的、高性能的操作。例如incrementAndGet（），它保证了单个操作的原子性。
5.不可变对象：
最根本的线程安全方法。如果一个对象在构造后期状态就不能被改变，那么它天生就是线程安全的，因为不存在“写”操作。例如： String、Integer等用final修饰的类。

3. synchronized关键字的用法

修饰实例方法：


public synchronized void method{ ... }

修饰静态方法：


public static synchronized void staticMethod() {...}

**锁对象：**当前类的Class对象（MyClass.class).

修饰代码块：


synchronized (lockObject){ ... }

**锁对象：**括号中指定的任意对象（lockObject）。可以更灵活的控制锁的粒度。

4.volatile关键字的作用

**保证可见性：**当一个线程修改了volatile变量，新值会立即被刷新到主内存。当其他线程读取该变量时，会强制从内存重新加载最新值。禁止指令重排序：防止JVM和CPU为了优化新
重要限制： volatile不保证复合操作的原子性。例如：count++（读-改-写）操作即使count时volatile的，也不是线程安全的。

5. ReentrantLock与synchronized的区别

特性	synchronized	ReentrantLock
实现层面	JVM级别，内置关键字	JDK级别，是一个类
锁的获取	隐式获取和释放	显示调用lock()和unlock()
可中断性	等待锁时不可中断	提供了lockInterruptibly(),可以响应中断
公平锁	默认非公平	可以选择创建公平或费公平锁（构造函数传true）
尝试获取锁	不能	提供tryLock(),可以尝试获取或带超时获取
条件变量	单一条件（wait/notify）	可以绑定多个Condition对象，实现更精确的线程唤醒。

总结：synchronized简单易用，JVM会自动管理锁。ReentrantLock功能更强大、更灵活，但需要手动释放锁，否则会导致死锁。

6. 什么是死锁？如何避免

**死锁：**两个或更多的线程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力干涉，它们都将无法进行下去。
死锁产生的四个必要条件（必须同时满足）：

互斥条件：一个资源每次只能被一个线程使用。请求与保持条件：一个线程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。不剥夺条件：线程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行被剥夺。循环等待条件：若干线程之间形成一种头尾相接的循环等资源关系。
如何避免死锁（破坏上述条件之一即可）：
避免嵌套锁：尽量只获取一个锁。如果必须获取多个锁，在设计上就避免这种情况。顺序加锁：强制所有线程以相同的顺序获取锁。这是最常用、最有效的办法。
例子：线程A先锁L1再锁L2，线程B也必须先锁L1再锁L2。使用定时锁（超时机制)：使用ReentrantLock的tryLock(long timeout,TimeUnit unit)方法。在指定时间内获取不到所有锁，就释放已获得的锁并进行回退、重试。使用更高级的并发工具:ConcurrentHashMap、Semaphore等，减少直接使用锁的场景。