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如何保证线程安全（含典型手段与应用场景）

news 2025/4/28 22:40:22

✨ 1. 什么是线程安全？

线程安全指的是：当多个线程同时访问同一块代码时，无论运行时环境采用怎样的调度方式或者这些线程将怎样交替执行，代码的行为都能正确执行，且不会出现数据不一致、脏数据或异常崩溃。

举个简单例子：

// 非线程安全示例
private int count = 0;public void increment() {count++;
}

多线程同时调用 increment()，因为 count++ 不是原子操作，可能导致最终结果不正确。

🔥 2. 保证线程安全的几种常见方式

方式	核心思路	适用场景
使用同步机制（synchronized）	控制同一时刻只能有一个线程访问关键代码区	轻量级同步，竞争不激烈时
使用显式锁（ReentrantLock）	手动加锁和释放，支持更灵活的锁粒度控制	有锁超时、可中断、读写锁需求时
使用原子类（AtomicInteger 等）	利用底层 CAS 实现无锁线程安全操作	简单计数器、自增器
使用线程安全容器（如 ConcurrentHashMap）	内部已经实现了并发控制	需要高并发访问集合时
局部变量	每个线程有自己独立的数据，无共享风险	临时计算或业务无状态场景
ThreadLocal 机制	为每个线程提供独立变量副本，避免共享冲突	保存用户信息、请求上下文
无状态设计（Stateless）	类或方法不维护任何可变状态，不存在数据竞争问题	纯逻辑计算、工具类

🎯 3. 示例理解

3.1 使用 `synchronized`

public synchronized void increment() {count++;
}

或者锁住特定代码块：

public void increment() {synchronized(this) {count++;}
}

🔵 注意：synchronized属于悲观锁，性能有一定损耗，适合简单场景。

3.2 使用 `ReentrantLock`

private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();public void increment() {lock.lock();try {count++;} finally {lock.unlock();}
}

🔵 支持更丰富的功能，比如可中断锁、尝试加锁、可重入。

3.3 使用原子类 `AtomicInteger`

private final AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);public void increment() {count.incrementAndGet();
}

🔵 基于 CAS (Compare And Swap) 算法实现，无锁，适合高并发下的简单操作。

3.4 使用线程安全容器

private final Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();

🔵 适合高并发读写，比如缓存、用户会话存储。

3.5 使用 `ThreadLocal`

private ThreadLocal<Integer> threadLocalCount = ThreadLocal.withInitial(() -> 0);public void increment() {threadLocalCount.set(threadLocalCount.get() + 1);
}