线程安全问题

下面用一个简单的银行账户转账例子，结合代码和图示说明多线程安全问题的四个必要因素：

一、临界资源共享（共享账户）

public class BankAccount {private int balance = 1000; // 共享资源：账户余额public void transfer(int amount) {balance = balance - amount; // 写操作：转出金额}
}

• 问题：多个线程同时调用transfer()修改balance，导致数据冲突。

二、线程切换（操作交错）

假设两个线程同时执行transfer(500)：

// 线程A执行（时间线1）
1. 读取balance = 1000
2. 计算1000 - 500 = 500// 此时线程A被CPU调度挂起...// 线程B执行（时间线2）
3. 读取balance = 1000（因为线程A未写入新值）
4. 计算1000 - 500 = 500
5. 写入balance = 500// 线程A恢复执行
6. 写入balance = 500（覆盖线程B的结果）

• 结果：两次转出500元后，余额应为0，但实际仍为500元。

三、原子性操作缺失（非原子的写）

balance = balance - amount分解为三个步骤：

1. 读取balance的值
2. 计算balance - amount
3. 将结果写回balance

非原子性导致步骤间可能被其他线程打断。

四、内存可见性问题（缓存不一致）

public class BankAccount {private int balance = 1000; // 未声明volatile，存在可见性问题public void transfer(int amount) {balance = balance - amount;}
}

• 场景：
  1. 线程A将balance缓存到CPU寄存器。
  2. 线程B修改主内存中balance的值。
  3. 线程A继续使用寄存器中的旧值，导致计算错误。

解决方案示例（破坏必要因素）

public class BankAccount {private volatile int balance = 1000; // 用volatile保证可见性public synchronized void transfer(int amount) { // 用synchronized保证原子性balance = balance - amount;}
}

• 原理：
  • synchronized保证同一时间只有一个线程执行transfer()（破坏竞争条件）。
  • volatile保证每次读取都从主内存获取最新值（解决可见性问题）。

总结

必要因素	示例中的体现	解决方案
临界资源共享	多个线程共享balance变量	避免共享（如使用ThreadLocal）
线程切换	线程执行过程中被CPU调度	用锁（synchronized）强制串行化
原子性操作缺失	balance = balance - amount非原子	用原子类（AtomicInteger）或锁
内存可见性问题	线程间缓存数据不同步	用volatile或锁保证内存同步