[Java] 线程安全性

（1）核心在于管理：

在构建稳健的并发程序时，必须正确的使用线程和锁。
但这些终归只是一些机制。
要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，特别是对共享的和可变的状态的访问。

如果从一开始就设计一个线程安全的类，那么比在以后再将这个类修改为线程安全的类要容易的多。

（2）不变性条件和后验条件：

在许多类中，都定义了一些不变性条件，用于判断状态是有效的还是无效的。
同样在操作中还会包含一些后验条件来判断状态迁移是否是有效的。
类的不变性条件与后验条件，约束了在对象上有哪些状态和状态转换是有效的。

（3）线程安全性：

正确性的含义是，某个类的行为与其规范完全一致。
线程安全性：当多个线程访问某个类时，这个类始终都能表现出正确的行为，那么称这个类是线程安全的。

（4）竞态条件

在并发编程中，这种由于不恰当的执行时序而出现不正确的结果，是一种非常重要的情况，称为竞态条件。
当某个计算的正确性取决于多个线程的交替执行时序时，那么就会发生竞态条件。
换句话说，就是正确的结果要取决于运气。

观察结果的失效就是大多数竞态条件的本质，基于一种可能失效的观察结果，来做出判断或者执行某个计算。

要保持状态的一致性，就需要在单个原子操作中更新所有相关的状态变量。
对于每个包含多个变量的不变性条件，其中涉及的所有变量都需要由同一个锁来保护。

当执行时间较长的计算，或者，可能无法快速完成的操作时，一定不要持有锁。

（4）重排序：

重排序：在没有同步的情况下，编译器，处理器以及运行时等都可能对操作的执行顺序进行一些意想不到的调整。在缺乏足够同步的多线程程序中，要想对内存操作的执行顺序进行判断，几乎无法得到正确的结论。

当把变量声明为volatile类型后，编译器与运行时都会注意到这个变量是共享的，因此不会将该变量上的操作与其他内存操作一起重排序。
volatile变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方，因此在读取volatile类型的变量时，总是会返回最新写入的值。

在访问volatile变量时，不会执行加锁操作，因此也就不会使执行线程阻塞，volatile变量是一种比sychronized关键字更轻量级的同步机制。

（5）加锁与volatile：

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。
当且仅当满足以下所有条件时，才应该使用volatile变量：
(a)对变量的写入操作不依赖变量的当前值，或者你能确保只有单个线程更新变量的值。
(b)该变量不会与其他状态变量一起纳入不变性条件中。
(c)在访问变量时不需要加锁。

（6）常用策略：

在并发程序中使用和共享对象时，可以使用一些实用的策略，包括：
线程封闭：线程封闭的对象只能由一个线程拥有，对象被封闭在该线程中，并且只能由这个线程修改。
只读共享：在没有额外同步的情况下，共享的只读对象可以由多个线程并发访问，但任何线程都不能修改它。共享的只读对象包括不可变对象和事实不可变对象。
线程安全共享：线程安全的对象在其内部实现同步，因此多个线程可以通过对象的公有接口来进行访问而不需要进一步的同步。
保护对象：被保护的对象只能通过持有特定的锁来访问。保护对象包括封装在其他线程安全对象中的对象，以及已发布的并且由某个特定锁保护的对象。

在设计线程安全类的过程中，需要包含以下三个基本要素：
(a)找出构成对象状态的所有变量
(b)找出约束状态变量的不变性条件
(c)建立对象状态的并发访问管理策略