如何写出线程不安全的代码
什么是线程安全性
很多时候，我们的代码，在单线程的环境下是可以运行的非常完美，然而，一旦把代码放到多线程的环境下去接受蹂躏，结果常常是惨不忍睹的。
《Java并发编程实践》中，给出了线程安全性的解释：
A class is thread-safe when it continues to behave correctly when accessed from multiple threads.
当一个类，不断被多个线程调用，仍能表现出正确的行为时，那它就是线程安全的。
这里的关键在于对“正确的行为”的理解，什么意思呢？多写几个线程不安全的代码你就明白了。
消失的请求数
假设我们需要给Servlet增加一个统计请求数的功能，于是我们使用了一个long变量作为计数器，并在每次请求时都给这个计数器加一（本文的所有代码，可到Github下载）：
public class UnsafeCountingServlet extends GenericServlet implements Servlet {
private long count = 0;
public long getCount() {
return count;
}
public void service(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse) throws ServletException, IOException {
++count;
// To something else...
}
}
在单线程的环境下，这份代码绝对正确，然而，当有多个线程同时访问时，问题就暴露了。
关键就在于++count，它看上去只是一个操作，实际上包含了三个动作：
- 读取count
- 将count加一
- 将count的值到内存中
这是一个“读取-修改-写入”的操作序列，因此假设现在count是9，然后：
- 线程A进入service方法，读到count值是9
- 在A修改完count的值但是还没写入内存之前，线程B也进入service方法，并且读取了count值，这时候线程B读取到的count还是9
- 最后，两个线程都对值为9的count，进行了加一的操作，两次请求下来，计数器只增加了一次。
显然，这个类，在多线程的环境下，没有表现出我们预期的行为，所以称它为线程不安全。
意外怀孕
这一次，我们需要写一个单例，单例很简单呀，不就是构造函数私有化么：
public class UnsafeSingleton {
private static UnsafeSingleton instance = null;
private UnsafeSingleton() {
}
public static UnsafeSingleton getInstance() {
if (instance == null)
instance = new UnsafeSingleton();
return instance;
}
}
如果只有一个线程调用我们的代码，那这个类，永远不会生出二胎。但是，放在多线程的环境下，它就可能会意外怀孕了：
- 线程A调用getInstance方法，这时候instance是null，进入if代码块
- 在线程A执行new UnsafeSingleton()之前，线程B先跨一步，执行if判断，这时候instance还是null，嗯，线程B也进去了
- 接下来，两个线程都会执行new UnsafeSingleton()...悲剧就这样发生了
预期中的计划生育失败，我们再一次写出了线程不安全的代码。
考题泄漏
如果说前面两种破坏方式都太过明显，很难在代码review中逃过法眼的话，接下来这种方式，就显得非常高级了。
public class ThisEscape {
private final List<Event> listOfEvents;
public ThisEscape(EventSource source) {
source.registerListener(new EventListener() {
public void onEvent(Event e) {
doSomething(e);
}
});
listOfEvents = new ArrayList<Event>();
}
void doSomething(Event e) {
listOfEvents.add(e);
}
interface EventSource {
void registerListener(EventListener e);
}
interface EventListener {
void onEvent(Event e);
}
interface Event {
}
}
这个类的构造函数接收了一个事件源，在构造函数中，会给事件源添加一个监听器。咋看之下，你也许不会发现这段代码有什么问题，其实这里面暗藏着NullPointerException：
- 线程A将事件源传入构造函数，并且执行了registerListener的代码
- 在线程A给listOfEvents初始化之前，线程B触发了事件源，由于线程A已经往事件源注册了监听器，因此会执行onEvent函数，也就是doSomething(e);
- 而此时listOfEvents还没被初始化，因此listOfEvents.add(e)报空指针异常
这一切的根源都在于，ThisEscape的构造函数，在ThisEscape还没实例化完成之前，就把this对象泄漏出去，使得外部可以调用实例对象的方法，这就像还没开考，就把考题给公布出去了，因此称之为，考题泄漏。
《Java并发编程实践》将这种误把对象发布出去的行为，称为对象逸出（Escape）。
半成品
对象逸出是指不想发布对象，却不小心发布了。还有一种是，想发布对象，却在对象还没制造好之前，就给了对方使用半成品的机会：
public class StuffIntoPublic {
public Holder holder;
public void initialize() {
holder = new Holder(42);
}
}
public class Holder {
private int n;
public Holder(int n) {
this.n = n;
}
public void assertSanity() {
if (n != n)
throw new AssertionError("This statement is false.");
}
}
很难想象，什么情况下n != n会成立，并抛出异常。大家可以先参考StackOverflow里的解释，主要是涉及到Java的指令重排，后面会给大家详细讲解。
小结
这篇文章给大家解释了什么是线程安全，并且举了四个线程不安全的例子来加深大家对线程安全的理解：消失的请求数、意外怀孕、考题泄漏、半成品。这四个例子，分别对应三种常见的线程不安全情形：
- 读取-修改-写入： 对应上面“消失的请求数”的例子
- 先检查后执行：对应上面“意外怀孕”的例子
- 发布未完整构造的对象：对应上面“考题泄漏”和“半成品”两个例子
绝大多数的线程不安全问题，都可以归结为这三种情形。而这三种情形，其实又可以再缩减为两种：对象创建时和对象创建后。不仅仅是在对象创建后的业务逻辑中要考虑线程的安全性，在对象创建的过程中，也要考虑线程安全。
后记
这篇文章里只是解释了为什么这些代码会有线程安全问题，并没有跟大家说如何对代码进行修改，使之成为“线程安全”，我会在后面的文章中和大家一起详细探讨。
有人可能会说，线程安全嘛，加同步锁不就可以啦，其实不然，光光同步锁，就有很多可以探究的了：
- 同步锁的原理是什么
- 锁的重入(Reentrancy)是什么
- 同步锁的本质？
- ...
更何况，解决并发问题，也绝对不是加锁这么简单，我们还需要了解：
- volatile关键字的含义
- 指令重排是什么
- 如何安全的发布对象
- 如何设计一个线程安全的类
- ...
再者，解决了线程安全，我们还需要考虑线程的生命周期管理、线程使用的性能问题等：
- 如何取消一个线程
- 如何关闭一个有很多线程的服务
- 如何设计线程池的大小
- ThreadPoolExecutor，Future等Java线程框架的使用
- 线程被中断了如何处理
- 线程池资源不够了，有什么处理策略
- 死锁的N种情形
- ...
乃至我们学习Java并发编程最最初始的问题：
- 我们为什么要学习并发编程
- 并发和异步的关系
这些，都是我新的一年里要和大家一起分享的，分享的内容主要基于《Java并发编程实践》里提到的知识，我买了中文版和英文版。这是一本很难啃的书，我会一如既往的用通俗易懂的语言来和大家分享我的学习心得。