八、多线程为什么会出现安全问题

前言：

　　在前面我们主要介绍了一下线程的创建，一些枯燥的概念，以及线程间如何通信和多线程存在线程安全的问题，那么为什么多线程在执行的时候会造成安全问题呢，这一问题我们并没有深入的进入下去，下面我们来了解一下所谓的线程安全倒地时怎么来的。

一、内存模型简述

　　java内存模型之前专门写过一篇总结，虽然都是拿网上的资料东拼西凑的，也多次的去掌握这方面知识，但一些东西还是不了解，网上有很多资料，这里不久过多赘述，知识简单的描述一下。

　　了解的同学都知道java内存模型被分为了五个区域，程序计数器、堆、虚拟机栈、本地方法栈以及方法区，理论上方法区也是属于堆中的一部分，只不过方法区是堆中的一块永久区域，也就是垃圾回收不是很频繁，但绝不是不进行垃圾回收，而堆中的垃圾回收则相对频繁的进行，我们稍微来看一下五个区域的作用，下面上网上的一张分区图。

　　

　　程序计数器：

　　　　我们都知道线程之间的执行时并发的，既然是并发的那就存在频繁切换，如果线程A执行一段代码执行到一半，线程抢到了CPU执行权，当线程B执行完后，如何能够找到线程A被抢断执行到的位置呢，这就是计数器的作用。

　　　　也就因此每个线程都对一个程序计数器，且是该线程独享的，也就是私有（若不是私有的则找不到被打断是哪个线程的哪一行代码），而计数器就记录了线程正在执行的内存地址，以确保被打断是能够回到原来的地方再次执行。

　　虚拟机栈：

　　　　虚拟机栈也叫本地方法栈，在java虚拟机中每一个线程都会对应一个栈，也就是说一个线程在执行时在创建程序计数器的同时会创建一个栈，

　　　　每个java虚拟机栈则是由多个栈帧组成的，而每个栈帧则对应了一个方法（通常来说线程里面调用的都是多个方法，那么这里面的每一个方法都对应一个栈帧），栈帧在方法运行时，创建并入栈，方法执行完毕后该栈帧会弹出栈帧中的元素作为返回值，并且栈帧也会被清除，而虚拟机栈中主要存放局部变量和引用型变量，因为是每一个线程都会创建一个栈，所以是私有的。

　　方法区：

　　　　方法区则是java堆中的永久区域，主要存放了一些类的信息，例如：类的全限定名、修饰符，方法名称，static静态常量（注：指定义就已经赋值）、final类型的常量，类中的字段名称，方法的参数等，因此方法区是所有线程共享的。

　　常量池：　

　　　　常量池是属于方法区的一块内存，又分为运行时常量池和静态常量池，这里就不细说了；

　　　　常量池中存储的数据可以分成两部分，一类是是字面量（指：字符串、final常量等）、另一类则是引用量（指：类、接口，方法和字段名称以及描述），常量池则是在编译期间就已经确定被保存在已经编译好的.class文件中

　　本地方法栈：

　　　　本地方法栈和虚拟机栈类似，只不过它是专门用来执行native方法的，而虚拟机栈是执行java的方法的，而native方法通常调用的是java一些最底层的东西，例如C语言等；

　　堆内存：

　　　　堆内存用于存放由new创建的对象和数组，每个实体都有一个内存地址值，实体中的变量都有默认初始化值，即使实体不在使用了，不把实体的引用指向null，垃圾回收也不会执行回收

二、线程安全问题的分析：

　　上面我们大致了解了一下内存的分布，那么多线程在运行过程是在哪一块出了问题，而导致输出的结果不正确的，来更具传智播客老师讲课的一张图来分析一下流程：

　　

 

 

 　　如上如果我们写了一个MoneyDemo类，里面有一个main方法，来看一下它的执行过程会使什么样的：

　　　　第一步：那么类加载器会将MoneyDemo类的.class文件加入到内存中，方法区会存入我们的类的全限定名、修饰关键字、里面的方法名称、参数、返回值等，

　　　　第二步：java的类执行引擎就会去方法区找到我们的MoneyDemo类的信息，找要启动的方法就是main方法，为main方法创建虚拟机栈和程序计数器，同时将new Object()则是存入到堆内存中个，而Object obj 则会被存入栈内；

　　　　第三步：在java虚拟机栈找到main方法的栈帧后，请求CUP资源，那么虚拟机就会将java虚拟机栈当前要执行main方法的信息存入高速缓存寄存器中，CUP获取高速缓存内的信息去执行代码。

　　　　第四步：若这个时候我们Object对象进行更改，更改的信息会先存入高速缓存，然后根据栈帧找到虚拟机栈中的main方法，然后将更改的内容同步不到堆内存中，

　　　　那么这时候问题就出现了，如果有两个线程A和B，线程A正修改了Object对象的内容，还没有来的即同步到主内存，而线程B却在读堆中的Object对象，那么这时候读出来的信息就是错误的数据，至此我们的多线程为什么会出现安全问题也就找到了。

三、结论：

　　　　看到这里想必都明白了，多线程下出现安全问题，就是存在多条线程操作同一数据，而CPU执行时先将主内存中的数据拷贝一份作缓存，之后的操作不在从请求主内存中拿数据而是从缓存中获取数据，如果执行完后有更改再同步回主内存，这时候如果存在多条线程操作，就会出现主内存和缓存中数据的不一致，而导致了最终结果的错误，而单线程情况下则完全不会出现这一情况。