Java并发编程：Volatile与线程安全

"这篇笔记主要总结了Java中的Thread基础知识，特别是关于Volatile、单例模式、CAS操作以及线程安全的集合类等关键概念。" 在多线程编程中，`Volatile` 是一个非常重要的关键字，它确保了变量在所有线程之间的可见性。当一个变量被 `volatile` 修饰时，一旦其中一个线程修改了这个变量，其他线程能立即看到变化。然而，`volatile` 关键字并不保证原子性，这意味着在多线程环境下，对 `volatile` 变量的读写操作可能不是原子性的。例如，如果你有一个计数器，并且多个线程同时增加它，结果可能会不正确。在这种情况下，可以使用 `AtomicInteger` 或其他 `Atomic` 类来确保原子性操作。 指令重排是编译器或处理器为了优化性能而采取的一种策略，但 `volatile` 关键字可以防止这种重排，确保特定变量的写操作在其他线程中可见。在实际应用中，`volatile` 常用于实现单例模式，确保单例对象在多线程环境下的正确初始化。 `CAS（Compare and Swap）` 是一种无锁同步机制，它是基于硬件级别的原语实现的，广泛应用于 Java 的并发包 `java.util.concurrent` 中。`CAS` 操作包含三个参数：内存位置（V）、预期原值（A）和新值（B）。如果内存位置的值与预期原值相匹配，则将该位置值更新为新值；否则，不做任何操作。`CAS` 主要存在三个问题：循环时间长导致开销大、只能保证单个变量的原子性和ABA问题。为了解决ABA问题，可以使用 `AtomicReference` 和 `AtomicStampedReference`，后者通过添加版本号来防止ABA问题。 在并发编程中，集合类如 `ArrayList` 和 `HashSet` 并不保证线程安全。当多个线程并发访问这些集合时，可能会出现数据不一致的情况。例如，使用 `ArrayList` 进行迭代并同时修改列表时，可能会抛出 `ConcurrentModificationException`。`HashSet` 的底层实现是 `HashMap`，同样存在类似的问题。为了在并发环境下安全地使用这些集合，可以考虑使用线程安全的替代品，如 `CopyOnWriteArrayList` 和 `ConcurrentHashMap`。 Java 提供了不同类型的锁来处理线程同步问题。`公平锁` 和 `非公平锁` 分别指线程按照请求锁的顺序获得锁，和不保证顺序的锁。`可重入锁`（如 `synchronized` 和 `ReentrantLock`）允许一个线程多次进入同一锁保护的代码块。`ReentrantLock` 相比于 `synchronized` 更具灵活性，提供了手动释放锁（`unlock`）、可中断等待、公平锁选择以及支持多个条件变量等功能。 总结起来，理解并掌握 `Thread` 基础知识，包括 `volatile` 的特性、`CAS` 操作的应用、线程安全的集合以及各种锁机制，对于编写高效、可靠的多线程Java程序至关重要。在实际编程中，应根据需求合理选择和使用这些工具，以确保代码的正确性和性能。