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一、为什么需要关注线程安全？

在多核CPU普及的今天，并发编程能力直接影响程序性能。但多线程环境下，以下问题频发：

• 竞态条件：多个线程同时修改共享数据导致结果异常
• 内存可见性：线程缓存导致数据修改不可见
• 死锁/活锁：线程相互等待导致系统停滞

示例场景：电商秒杀系统若未做好并发控制，可能引发超卖问题。

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二、Java内存模型（JMM）核心机制

1. Happens-Before原则

// 写操作happens-before后续读操作
int x = 1;
volatile boolean flag = false;

// 线程A
x = 42;          // 普通写
flag = true;     // volatile写

// 线程B
if (flag) {      // volatile读
    System.out.println(x); // 必然看到x=42
}

2. 三大核心问题

问题类型	表现场景	解决方案
原子性	i++操作被线程打断	synchronized/原子类
可见性	修改后的值其他线程不可见	volatile/锁机制
有序性	指令重排导致逻辑错误	volatile/happens-before

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三、线程安全实现方案对比

1. 同步方案选择

// 方案1：synchronized方法
public synchronized void transfer(Account target, int amount) {
    // 转账逻辑
}

// 方案2：ReentrantLock
private final Lock lock = new ReentrantLock();
public void transfer(Account target, int amount) {
    lock.lock();
    try {
        // 转账逻辑
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

// 方案3：原子类（CAS）
private AtomicInteger balance = new AtomicInteger(0);
public void deposit(int amount) {
    balance.getAndAdd(amount);
}

2. 性能对比

方案	适用场景	吞吐量（ops/ms）
synchronized	竞争不激烈	12,000
ReentrantLock	需要尝试获取锁	15,000
CAS原子操作	无锁化简单操作	180,000

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四、并发工具类实战

1. CountDownLatch应用

// 多线程加载资源后统一执行
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
executor.submit(() -> {
    loadConfig();
    latch.countDown();
});
// ...提交其他任务

latch.await();  // 等待所有资源加载完成
startService();

2. ConcurrentHashMap优化

// 统计文本词频的高效写法
ConcurrentHashMap<String, LongAdder> map = new ConcurrentHashMap<>();

text.parallelStream().forEach(word -> 
    map.computeIfAbsent(word, k -> new LongAdder()).increment()
);

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五、线程池调优策略

1. 创建参数推荐

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
    Runtime.getRuntime().availableProcessors(), // 核心线程数
    Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2, // 最大线程数
    60L, TimeUnit.SECONDS,
    new LinkedBlockingQueue<>(1000),
    new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("task-pool-%d").build(),
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
);

2. 监控关键指标

// 获取线程池运行状态
log.info("Active Threads: {}", executor.getActiveCount());
log.info("Completed Tasks: {}", executor.getCompletedTaskCount());
log.info("Queue Size: {}", executor.getQueue().size());

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六、最佳实践与避坑指南

1. 锁优化技巧

   • 缩小同步代码块范围
   • 使用读写锁（ReentrantReadWriteLock）分离读写操作
   • 避免在锁内调用外部方法

2. 性能陷阱

   // 错误示例：每次new锁对象导致锁失效
   public void add() {
       Object lock = new Object();  // ❌ 锁对象不唯一
       synchronized(lock) {
           count++;
       }
   }
   

3. 防御式编程

   • 使用final修饰不可变对象
   • 优先使用线程安全集合（CopyOnWriteArrayList等）
   • 使用ThreadLocal保存线程私有数据

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七、扩展学习路线

1. Java 8+新特性

   • CompletableFuture异步编程
   • StampedLock乐观读锁

2. 底层原理

   • AQS同步器实现原理
   • synchronized锁升级过程

3. 性能测试工具

   • JMH基准测试
   • JProfiler线程分析

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通过系统学习以上内容，您将能够设计出吞吐量高、稳定性强的并发系统。实际开发中建议结合APM工具持续监控线程状态，及时优化热点代码。

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