멀티스레드 보안 문제의 원칙에 대한 Java의 설명

1. 스레드 안전 문제란 무엇인가요?

스레드의 액세스 시작부터 액세스 종료까지의 전체 프로세스에서 액세스 개체가 다른 스레드에 의해 수정되면 전체 액세스 프로세스 중에 현재 스레드에 스레드 안전 문제가 발생합니다. , 객체가 없습니다. 다른 스레드에 의해 수정되므로 스레드로부터 안전합니다.

2. 스레드 안전 문제의 근본 원인

1. 첫 번째는 멀티 스레드 환경, 즉 동시에 여러 연산자가 있고 단일에서는 스레드 안전 문제가 없다는 것입니다. -스레드 환경. 단일 스레드 환경에서는 수정 작업을 포함한 모든 작업이 운영자 자신에 의해 실행됩니다. 운영자는 작업을 실행할 때 명확한 목적을 가지고 있을 뿐만 아니라 작업의 영향도 알고 있습니다.

2. 여러 연산자(스레드)가 동일한 개체를 작동해야 합니다. 여러 연산자가 동시에 개체를 작동하는 경우에만 해당 동작의 영향이 즉시 다른 연산자에 전달될 수 있습니다.

3. 동일한 개체에 대한 여러 연산자(스레드)의 작업에는 수정 작업이 포함되어야 합니다. 개체가 수정되지도 변경되지도 않고 영향을 미칠 수 없기 때문에 공동 읽기에는 스레드 안전 문제가 없습니다.

요약하자면, 스레드 안전 문제의 근본 원인은 공유 데이터의 동시 수정 가능성입니다. 즉, 한 스레드가 읽을 때 다른 스레드가 수정이 허용되는 것입니다.

3. 스레드 안전 문제를 해결하기 위한 아이디어

스레드 안전 문제가 발생하는 조건에 따라 스레드 안전 문제를 해결하기 위한 아이디어는 스레드 안전 문제를 일으키는 환경을 제거하는 것입니다.

1. 공유 데이터 제거: 멤버 변수 정적 변수를 여러 스레드와 공유하고, 이러한 전역 변수를 로컬 변수로 변환하고, 로컬 변수를 스레드 간에 공유하지 않으면 스레드 안전 문제가 발생할 환경이 없습니다. 공유 데이터의 단점 제거: 각 스레드에서 정보를 수집하거나 스레드 간에 정보를 전송하기 위해 개체가 필요한 경우 공유 개체를 제거하면 이 목적을 달성할 수 없습니다.

2. 스레드 동기화 메커니즘 사용: 동시에 한 스레드만 공유 데이터에 액세스할 수 있도록 읽기 및 쓰기 작업을 동시에 잠급니다. 쓰기 작업이 잠겨 있고 동시에 하나의 스레드만 쓰기 작업을 수행할 수 있으며 읽기 작업이 제한되지 않아 여러 스레드가 동시에 읽을 수 있는 경우 다음과 같은 반복 불가능한 읽기가 발생할 수 있습니다. 스레드는 오랜 기간 동안 배열의 동일한 인덱스 위치에서 데이터를 읽습니다. 두 번의 읽기 중에 스레드가 인덱스의 데이터를 수정하여 스레드가 동일한 인덱스에서 읽은 데이터를 일관성이 없습니다. 읽기와 쓰기를 모두 잠글지 아니면 쓰기만 잠글지 여부는 특정 요구 사항에 따라 다릅니다. 동기화 메커니즘의 단점은 프로그램의 처리량을 감소시킨다는 것입니다.

3. 사본 만들기: ThreadLocal을 사용하여 각 스레드에 대한 변수 복사본을 만듭니다. 각 스레드는 서로 영향을 주지 않고 독립적으로 작동합니다. 이 방법은 본질적으로 공유 데이터라는 개념을 없애는 구현입니다.

4. 가시성                                                                                  ​예, 표시되지 않을 수 있습니다. 다음 코드를 예로 들어 보겠습니다.

public class NoVisibility {
     private static boolean ready;
     private static int number;
     public static class ReadThread extends Thread {
            public void run() {
                 while(!ready )
                     Thread. yield();
                System. out.println(number);
           }
     }
     public static void main(String [] args) {
            new ReadThread().start();
            number = 42;
            ready = true ;
     }
}

위 코드는 0을 출력하거나 아무것도 출력하지 않을 수 있습니다. 왜 아무것도 출력할 수 없나요? 메인 스레드에서 Ready를 true로 설정했지만, 설정한 Ready 값을 ReadThread에서 읽지 못할 수 있으므로 Thread.yield()는 ReadThread에서 계속 실행됩니다. 왜 0이 될까요? ReadThread가 값을 읽을 수 있으면 먼저 준비된 값이 true임을 읽을 수 있으며 숫자 값을 읽고 업데이트하기 전에 ReadThread는 유지된 숫자 값인 0을 출력합니다.

위의 모든 내용은 가정에 불과합니다. 위의 두 가지 상황은 단지 두 가지 가능성일 뿐이므로 ReadThread와 메인 스레드가 어떻게 상호 작용할지 예측할 수 없습니다. 그렇다면 이 문제를 피하는 방법은 무엇입니까? 여러 스레드 간에 공유할 데이터가 있을 때마다 적절한 동기화를 사용하는 것은 간단합니다.

4.1, 잠금 및 가시성

内置锁可以用于确保某个线程以一种可预测的方式查看另一个线程的执行结果，当线程A进入某同步代码块时，线程B随后进入由同一个锁保护的同步代码块，此时，线程B执行由锁保护的同步代码块时，可以看到线程A之前在同一同步代码块中的所有操作结果，如果没有同步，那么就无法实现上述保证。

加锁的含义不仅仅局限于互斥行为，还包括内存可见性。为了确保所有线程都能看到共享变量的最新值，所有执行读操作或者写操作的线程都必须在同一个锁上同步。

4.2、volatile变量

volatile是一种比synchronized关键字轻量级的同步机制，volatile关键字可以确保变量的更新操作通知到其他线程。

下面是volatile的典型用法：

volatile boolean asleep;
...
while(!asleep)
   doSomeThing();

　　加锁机制既可以确保可见性，又可以确保原子性，而volatile变量只能确保可见性。

5、总结                                                                                                      

      编写线程安全的代码，其核心在于要对状态访问操作进行管理。编写线程安全的代码时，有两个关注点，一个是原子性问题，一个是可见性问题，要尽量避免竞态条件错误。

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