一、線程安全概述
線程安全是指當(dāng)多個線程同時訪問共享資源時，程序能夠正確處理這些訪問而不會引發(fā)錯誤或數(shù)據(jù)不一致。線程安全的問題往往來自多個線程對共享資源進行讀寫時，未能妥善處理并發(fā)操作，從而導(dǎo)致了競態(tài)條件。競態(tài)條件（Race Condition）是指程序的輸出結(jié)果依賴于線程執(zhí)行的順序，在沒有正確同步的情況下，不同的執(zhí)行順序可能會導(dǎo)致不同的結(jié)果。
二、鎖機制詳解
Java提供了一整套并發(fā)工具和機制，以應(yīng)對多線程環(huán)境中的復(fù)雜問題。其中，鎖機制是保障線程安全的重要手段。
內(nèi)置鎖（synchronized）：
- synchronized是Java提供的內(nèi)置鎖，它既可以修飾*，也可以修飾代碼塊。
- 通過synchronized，可以確保同一時刻只有一個線程能夠訪問被同步的代碼。
- 優(yōu)點是簡單易用，并且JVM會自動處理鎖的獲取和釋放。
- 缺點是可能會阻塞其他線程，導(dǎo)致性能下降。
顯式鎖（ReentrantLock）：
- ReentrantLock是Java提供的顯式鎖，相比于synchronized，它提供了更多的靈活性和功能。
- 例如，可以嘗試獲取鎖、能夠中斷鎖的等待、支持公平鎖等。
- 使用時需要手動控制鎖的獲取和釋放。
讀寫鎖（ReadWriteLock）：
- 讀寫鎖是一種特殊類型的鎖，允許多個線程同時讀取共享資源，但只允許一個線程寫入。
- 它通過將讀操作和寫操作分離來提高并發(fā)性能，在讀多寫少的場景中非常有效。
三、鎖優(yōu)化技術(shù)
為了提高鎖的性能，JVM提供了多種鎖優(yōu)化技術(shù)，如偏向鎖、輕量級鎖和鎖消除等。
偏向鎖：
- 偏向鎖是Java 6引入的鎖優(yōu)化機制，旨在減少無競爭情況下的鎖操作。
- 偏向鎖會偏向*個獲取鎖的線程，如果其他線程沒有競爭鎖，這個線程會一直持有鎖，避免了頻繁的加鎖和解鎖操作。
輕量級鎖：
- 輕量級鎖是一種在無競爭的多線程場景下使用的鎖優(yōu)化機制。
- 它通過使用CAS（Compare-And-Swap）操作替代傳統(tǒng)的加鎖機制，從而減少線程在競爭鎖時的開銷。
鎖消除：
- 鎖消除是JVM在JIT編譯時進行的一種優(yōu)化。
- 它可以自動消除那些不會引發(fā)線程競爭的鎖。例如，在*內(nèi)部的局部變量上加鎖是沒有意義的，因為這些變量不會被其他線程訪問，JVM可以自動去掉這些無用的鎖。
四、原子操作類
對于某些簡單的操作，Java提供了一些原子操作類，這些類通過CAS操作保證線程安全，避免了使用鎖帶來的性能開銷。常見的原子類包括AtomicInteger、AtomicLong和AtomicReference等。
五、死鎖問題與解決方案
死鎖是指兩個或多個線程相互等待對方釋放資源，導(dǎo)致程序無法繼續(xù)執(zhí)行。避免和解決死鎖問題的*包括：
避免死鎖：
- 確保線程不會相互等待鎖。
- 資源有序化：將資源按一定順序獲取，確保所有線程都以相同的順序獲取這些資源。
- 避免循環(huán)等待：確保線程不會進入循環(huán)等待狀態(tài)。
打破死鎖：
- 線程中斷：中斷陷入死鎖的線程，讓它釋放鎖。
- 鎖降級：將死鎖線程持有的鎖降級為更低級別的鎖，允許其他線程獲取它們。
- 線程優(yōu)先級調(diào)整：調(diào)整死鎖線程的優(yōu)先級，讓它更有可能釋放鎖。