【面試】如果你這樣回答“什麼是執行緒安全”，面試官都會對你刮目相看
不是執行緒的安全
面試官問：“什麼是執行緒安全”，如果你不能很好的回答，那就請往下看吧。
論語中有句話叫“學而優則仕”，相信很多人都覺得是“學習好了可以做官”。然而，這樣理解卻是錯的。切記望文生義。
同理，“執行緒安全”也不是指執行緒的安全，而是指記憶體的安全。為什麼如此說呢？這和作業系統有關。
目前主流作業系統都是多工的，即多個程序同時執行。為了保證安全，每個程序只能訪問分配給自己的記憶體空間，而不能訪問別的程序的，這是由作業系統保障的。
在每個程序的記憶體空間中都會有一塊特殊的公共區域，通常稱為堆（記憶體）。程序內的所有執行緒都可以訪問到該區域，這就是造成問題的潛在原因。
假設某個執行緒把資料處理到一半，覺得很累，就去休息了一會，回來準備接著處理，卻發現數據已經被修改了，不是自己離開時的樣子了。可能被其它執行緒修改了。
比如把你住的小區看作一個程序，小區裡的道路/綠化等就屬於公共區域。你拿1萬塊錢往地上一扔，就回家睡覺去了。睡醒後你打算去把它撿回來，發現錢已經不見了。可能被別人拿走了。
因為公共區域人來人往，你放的東西在沒有看管措施時，一定是不安全的。記憶體中的情況亦然如此。
所以執行緒安全指的是，在堆記憶體中的資料由於可以被任何執行緒訪問到，在沒有限制的情況下存在被意外修改的風險。
即堆記憶體空間在沒有保護機制的情況下，對多執行緒來說是不安全的地方，因為你放進去的資料，可能被別的執行緒“破壞”。
那我們該怎麼辦呢？解決問題的過程其實就是一個取捨的過程，不同的解決方案有不同的側重點。
私有的東西就不該讓別人知道
現實中很多人都會把1萬塊錢藏著掖著，不讓無關的人知道，所以根本不可能扔到大馬路上。因為這錢是你的私有物品。
在程式中也是這樣的，所以作業系統會為每個執行緒分配屬於它自己的記憶體空間，通常稱為棧記憶體，其它執行緒無權訪問。這也是由作業系統保障的。
如果一些資料只有某個執行緒會使用，其它執行緒不能操作也不需要操作，這些資料就可以放入執行緒的棧記憶體中。較為常見的就是區域性變數。
double avgScore(double[] scores) {double sum = 0;for (double score : scores) {sum += score;}int count = scores.length;double avg = sum / count;return avg;}
這裡的變數sum，count，avg都是區域性變數，它們都會被分配線上程棧記憶體中。
假如現在A執行緒來執行這個方法，這些變數會在A的棧記憶體分配。與此同時，B執行緒也來執行這個方法，這些變數也會在B的棧記憶體中分配。
也就是說這些區域性變數會在每個執行緒的棧記憶體中都分配一份。由於執行緒的棧記憶體只能自己訪問，所以棧記憶體中的變數只屬於自己，其它執行緒根本就不知道。
就像每個人的家只屬於自己，其他人不能進來。所以你把1萬塊錢放到家裡，其他人是不會知道的。且一般還會放到某個房間裡，而不是仍在客廳的桌子上。
所以把自己的東西放到自己的私人地盤，是安全的，因為其他人無法知道。而且越隱私的地方越好。
大家不要搶，人人有份
相信聰明的你已經發現，上面的解決方案是基於“位置”的。因為你放東西的“位置”只有你自己知道（或能到達），所以東西是安全的，因此這份安全是由“位置”來保障的。
在程式裡就對應於方法的區域性變數。區域性變數之所以是安全的，就是因為定義它的“位置”是在方法裡。這樣一來安全是達到了，但是它的使用範圍也就被限制在這個方法裡了，其它方法想用也不用了啦。
現實中往往會有一個變數需要多個方法都能夠使用的情況，此時定義這個變數的“位置”就不能在方法裡面了，而應該在方法外面。即從（方法的）區域性變數變為（類的）成員變數，其實就是“位置”發生了變化。
那麼按照主流程式語言的規定，類的成員變數不能再分配線上程的棧記憶體中，而應該分配在公共的堆記憶體中。其實也就是變數在記憶體中的“位置”發生了變化，由一個私有區域來到了公共區域。因此潛在的安全風險也隨之而來。
那怎麼保證在公共區域的東西安全呢？答案就是，大家不要搶，人人有份。設想你在街頭免費發放礦泉水，來了1萬人，你卻只有1千瓶水，結果可想而知，一擁而上，場面失守。但如果你有10萬瓶水，大家一看，水多著呢，不用著急，一個個排著隊來，因為肯定會領到。
東西多了，自然就不值錢了，從另一個角度來說，也就安全了。大街上的共享單車，現在都很安全，因為太多了，到處都是，都長得一樣，所以連搞破壞的人都放棄了。因此要讓一個東西安全，就瘋狂的copy它吧。
回到程式裡，要讓公共區域堆記憶體中的資料對於每個執行緒都是安全的，那就每個執行緒都拷貝它一份，每個執行緒只處理自己的這一份拷貝而不去影響別的執行緒的，這不就安全了嘛。相信你已經猜到了，我要表達的就是ThreadLocal類了。
class StudentAssistant {ThreadLocal<String> realName = new ThreadLocal<>();ThreadLocal<Double> totalScore = new ThreadLocal<>();String determineDegree() {double score = totalScore.get();if (score >= 90) {return "A";}if (score >= 80) {return "B";}if (score >= 70) {return "C";}if (score >= 60) {return "D";}return "E";}double determineOptionalcourseScore() {double score = totalScore.get();if (score >= 90) {return 10;}if (score >= 80) {return 20;}if (score >= 70) {return 30;}if (score >= 60) {return 40;}return 60;}}
這個學生助手類有兩個成員變數，realName和totalScore，都是ThreadLocal型別的。每個執行緒在執行時都會拷貝一份儲存到自己的本地。
A執行緒執行的是“張三”和“90”，那麼這兩個資料“張三”和“90”是儲存到A執行緒物件（Thread類的例項物件）的成員變數裡去了。假設此時B執行緒也在執行，是“李四”和“85”，那麼“李四”和“85”這兩個資料是儲存到了B執行緒物件（Thread類的例項物件）的成員變數裡去了。
執行緒類（Thread）有一個成員變數，類似於Map型別的，專門用於儲存ThreadLocal型別的資料。從邏輯從屬關係來講，這些ThreadLocal資料是屬於Thread類的成員變數級別的。從所在“位置”的角度來講，這些ThreadLocal資料是分配在公共區域的堆記憶體中的。
說的直白一些，就是把堆記憶體中的一個數據複製N份，每個執行緒認領1份，同時規定好，每個執行緒只能玩自己的那份，不準影響別人的。
需要說明的是這N份資料都還是儲存在公共區域堆記憶體裡的，經常聽到的“執行緒本地”，是從邏輯從屬關係上來講的，這些資料和執行緒一一對應，彷彿成了執行緒自己“領地”的東西了。其實從資料所在“位置”的角度來講，它們都位於公共的堆記憶體中，只不過被執行緒認領了而已。這一點我要特地強調一下。
其實就像大街上的共享單車。原來只有1輛，大家搶著騎，老出問題。現在從這1輛複製出N輛，每人1輛，各騎各的，問題得解。共享單車就是資料，你就是執行緒。騎行期間，這輛單車從邏輯上來講是屬於你的，從所在位置上來講還是在大街上這個公共區域的，因為你發現每個小區大門口都貼著“共享單車，禁止入門”。哈哈哈哈。
共享單車是不是和ThreadLocal很像呀。再重申一遍，ThreadLocal就是，把一個數據複製N份，每個執行緒認領一份，各玩各的，互不影響。
只能看，不能摸
放在公共區域的東西，只是存在潛在的安全風險，並不是說一定就不安全。有些東西雖然也在公共區域放著，但也是十分安全的。比如你在大街上放一個上百噸的石頭雕像，就非常安全，因為大家都弄不動它。
再比如你去旅遊時，經常發現一些珍貴的東西，會被用鐵柵欄圍起來，上面掛一個牌子，寫著“只能看，不能摸”。當然可以國際化一點，“only look，don't touch”。這也是很安全的，因為光看幾眼是不可能看壞的。
回到程式裡，這種情況就屬於，只能讀取，不能修改。其實就是常量或只讀變數，它們對於多執行緒是安全的，想改也改不了。
class StudentAssistant {final double passScore = 60;}
比如把及格分數設定為60分，在前面加上一個final，這樣所有執行緒都動不了它了。這就很安全了。
小節一下：以上三種解決方案，其實都是在“耍花招”。
第一種，找個只有自己知道的地方藏起來，當然安全了。
第二種，每人複製1份，各玩各的，互不影響，當然也安全了。
第三種，更狠了，直接規定，只能讀取，禁止修改，當然也安全了。
是不是都在“避重就輕”呀。如果這三種方法都解決不了，該怎麼辦呢？Don't worry，just continue reading。
沒有規則，那就先入為主
前面給出的三種方案，有點“理想化”了。現實中的情況其實是非常混亂嘈雜的，沒有規則的。
比如在中午高峰期你去飯店吃飯，進門後發現只剩一個空桌子了，你心想先去點餐吧，回來就坐這裡吧。當你點完餐回來後，發現已經被別人捷足先登了。
因為桌子是屬於公共區域的物品，任何人都可以坐，那就只能誰先搶到誰坐。雖然你在人群中曾多看了它一眼，但它並不會記住你容顏。
解決方法就不用我說了吧，讓一個人在那兒看著座位，其它人去點餐。這樣當別人再來的時候，你就可以理直氣壯的說，“不好意思，這個座位，我，已經佔了”。
我再次相信聰明的你已經猜到了我要說的東西了，沒錯，就是（互斥）鎖。
回到程式裡，如果公共區域（堆記憶體）的資料，要被多個執行緒操作時，為了確保資料的安全（或一致）性，需要在資料旁邊放一把鎖，要想操作資料，先獲取鎖再說吧。
假設一個執行緒來到資料跟前一看，發現鎖是空閒的，沒有人持有。於是它就拿到了這把鎖，然後開始操作資料，幹了一會活，累了，就去休息了。
這時，又來了一個執行緒，發現鎖被別人持有著，按照規定，它不能操作資料，因為它無法得到這把鎖。當然，它可以選擇等待，或放棄，轉而去幹別的。
第一個執行緒之所以敢大膽的去睡覺，就是因為它手裡拿著鎖呢，其它執行緒是不可能操作資料的。當它回來後繼續把資料操作完，就可以把鎖給釋放了。鎖再次回到空閒狀態，其它執行緒就可以來搶這把鎖了。還是誰先搶到鎖誰操作資料。
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