解決線程安全問題技巧匯總

　　線程，有時被稱為輕量級進(jìn)程（Lightweight Process，LWP），是程序執(zhí)行流的最小單元。一個標(biāo)準(zhǔn)的線程由線程ID，當(dāng)前指令指針（PC），寄存器集合和堆棧組成。另外，線程是進(jìn)程中的一個實體，是被系統(tǒng)獨立調(diào)度和分派的基本單位，線程自己不擁有系統(tǒng)資源，只擁有一點兒在運行中必不可少的資源，但它可與同屬一個進(jìn)程的其它線程共享進(jìn)程所擁有的全部資源。一個線程可以創(chuàng)建和撤消另一個線程，同一進(jìn)程中的多個線程之間可以并發(fā)執(zhí)行。由于線程之間的相互制約，致使線程在運行中呈現(xiàn)出間斷性。線程也有就緒、阻塞和運行三種基本狀態(tài)。

　　就緒狀態(tài)是指線程具備運行的所有條件，邏輯上可以運行，在等待處理機；運行狀態(tài)是指線程占有處理機正在運行；阻塞狀態(tài)是指線程在等待一個事件（如某個信號量），邏輯上不可執(zhí)行。每一個程序都至少有一個線程，若程序只有一個線程，那就是程序本身。

　　線程特點

　　在多線程OS中，通常是在一個進(jìn)程中包括多個線程，每個線程都是作為利用CPU的基本單位，是花費最小開銷的實體。線程具有以下屬性。

　　1）輕型實體

　　線程中的實體基本上不擁有系統(tǒng)資源，只是有一點必不可少的、能保證獨立運行的資源。

　　線程的實體包括程序、數(shù)據(jù)和TCB。線程是動態(tài)概念，它的動態(tài)特性由線程控制塊TCB（Thread Control Block）描述。TCB包括以下信息：

　?。?）線程狀態(tài)。

　?。?）當(dāng)線程不運行時，被保存的現(xiàn)場資源。

　?。?）一組執(zhí)行堆棧。

　　（4）存放每個線程的局部變量主存區(qū)。

　?。?）訪問同一個進(jìn)程中的主存和其它資源。

　　用于指示被執(zhí)行指令序列的程序計數(shù)器、保留局部變量、少數(shù)狀態(tài)參數(shù)和返回地址等的一組寄存器和堆棧。

　　2）獨立調(diào)度和分派的基本單位。

　　在多線程OS中，線程是能獨立運行的基本單位，因而也是獨立調(diào)度和分派的基本單位。由于線程很“輕”，故線程的切換非常迅速且開銷?。ㄔ谕贿M(jìn)程中的）。

　　3）可并發(fā)執(zhí)行。

　　在一個進(jìn)程中的多個線程之間，可以并發(fā)執(zhí)行，甚至允許在一個進(jìn)程中所有線程都能并發(fā)執(zhí)行；同樣，不同進(jìn)程中的線程也能并發(fā)執(zhí)行，充分利用和發(fā)揮了處理機與外圍設(shè)備并行工作的能力。

　　4）共享進(jìn)程資源。

　　線程

　　在同一進(jìn)程中的各個線程，都可以共享該進(jìn)程所擁有的資源，這首先表現(xiàn)在：所有線程都具有相同的地址空間（進(jìn)程的地址空間），這意味著，線程可以訪問該地址空間的每一個虛地址；此外，還可以訪問進(jìn)程所擁有的已打開文件、定時器、信號量機構(gòu)等。由于同一個進(jìn)程內(nèi)的線程共享內(nèi)存和文件，所以線程之間互相通信不必調(diào)用內(nèi)核。

　　一。什么時候會出現(xiàn)線程安全問題？

　　在單線程中不會出現(xiàn)線程安全問題，而在多線程編程中，有可能會出現(xiàn)同時訪問同一個資源的情況，這種資源可以是各種類型的的資源：

　　一個變量、一個對象、一個文件、一個數(shù)據(jù)庫表等，而當(dāng)多個線程同時訪問同一個資源的時候，就會存在一個問題：

　　由于每個線程執(zhí)行的過程是不可控的，所以很可能導(dǎo)致最終的結(jié)果與實際上的愿望相違背或者直接導(dǎo)致程序出錯。

　　舉個簡單的例子：

　　現(xiàn)在有兩個線程分別從網(wǎng)絡(luò)上讀取數(shù)據(jù)，然后插入一張數(shù)據(jù)庫表中，要求不能插入重復(fù)的數(shù)據(jù)。

　　那么必然在插入數(shù)據(jù)的過程中存在兩個操作：

　　1）檢查數(shù)據(jù)庫中是否存在該條數(shù)據(jù)；

　　2）如果存在，則不插入；如果不存在，則插入到數(shù)據(jù)庫中。

　　假如兩個線程分別用thread-1和thread-2表示，某一時刻，thread-1和thread-2都讀取到了數(shù)據(jù)X，那么可能會發(fā)生這種情況：

　　thread-1去檢查數(shù)據(jù)庫中是否存在數(shù)據(jù)X，然后thread-2也接著去檢查數(shù)據(jù)庫中是否存在數(shù)據(jù)X。

　　結(jié)果兩個線程檢查的結(jié)果都是數(shù)據(jù)庫中不存在數(shù)據(jù)X，那么兩個線程都分別將數(shù)據(jù)X插入數(shù)據(jù)庫表當(dāng)中。

　　這個就是線程安全問題，即多個線程同時訪問一個資源時，會導(dǎo)致程序運行結(jié)果并不是想看到的結(jié)果。

　　這里面，這個資源被稱為：臨界資源（也有稱為共享資源）。

　　也就是說，當(dāng)多個線程同時訪問臨界資源（一個對象，對象中的屬性，一個文件，一個數(shù)據(jù)庫等）時，就可能會產(chǎn)生線程安全問題。

　　不過，當(dāng)多個線程執(zhí)行一個方法，方法內(nèi)部的局部變量并不是臨界資源，因為方法是在棧上執(zhí)行的，而Java棧是線程私有的，因此不會產(chǎn)生線程安全問題。

　　二。如何解決線程安全問題？

　　基本上所有的并發(fā)模式在解決線程安全問題時，都采用“序列化訪問臨界資源”的方案，即在同一時刻，只能有一個線程訪問臨界資源，也稱作同步互斥訪問。

　　通常來說，是在訪問臨界資源的代碼前面加上一個鎖，當(dāng)訪問完臨界資源后釋放鎖，讓其他線程繼續(xù)訪問。