⭐ 题目日期：

美团 - 2024/12/23

📝 题解：

理解一个类是否是**线程安全（Thread-Safe）**的核心在于：当多个线程并发访问该类的实例或静态成员时，是否会导致数据不一致、逻辑错误或未定义行为。以下是判断和分析线程安全性的关键要点：

---

1. 线程安全的定义

一个类被称为线程安全，当且仅当：

• 任意多个线程同时调用其方法或访问其成员时，无需外部同步（如加锁），仍能保持：
  • 数据一致性：成员变量的值始终符合预期（无脏读、幻读）。
  • 行为正确性：方法的逻辑结果与单线程环境一致。

---

2. 线程不安全的表现

如果类不是线程安全的，多线程环境下可能出现：

• 竞态条件（Race Condition）：多个线程对共享数据的操作顺序不可预测（如i++非原子操作）。
• 数据脏读：线程A读到线程B未完成修改的中间状态。
• 死锁/活锁：线程间互相等待资源导致阻塞。
• 内存可见性问题：因CPU缓存或指令重排序，线程看不到其他线程的修改（需volatile或同步解决）。

---

3. 判断线程安全性的方法

（1）观察共享状态

• 无状态类（Stateless）：
  类不包含任何成员变量（或只有final常量），所有操作仅依赖参数和局部变量。
  示例：Math工具类的方法（如Math.sqrt()）是线程安全的，因为无共享数据。

• 有状态类（Stateful）：
  类包含可变成员变量（如ArrayList、SimpleDateFormat），需进一步分析其访问方式。

（2）分析可变状态的访问控制

• 不可变类（Immutable）：
  所有成员变量为final且在构造后不可修改（如String、Integer）。
  线程安全：因为状态不可变，无需同步。

• 可变类但有同步机制：

  • 内部同步：类的方法中通过synchronized、Lock或原子类（如AtomicInteger）保护共享状态。
    示例：Hashtable（方法全加锁）、ConcurrentHashMap（分段锁/CAS）。
  • 外部同步：类的文档明确要求调用方自行加锁（如ArrayList需用Collections.synchronizedList包装）。

• 无同步的共享可变状态：
  线程不安全！如直接使用ArrayList或HashMap并发读写会导致异常。

（3）文档与规范

• 查看类的官方文档是否声明线程安全性（如Java的@ThreadSafe注解或文档说明）。
  示例：
  • StringBuilder：非线程安全（文档注明）。
  • StringBuffer：线程安全（方法用synchronized修饰）。

---

4. 常见线程安全与非安全类举例

类别	线程安全类	非线程安全类
集合类	ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList	HashMap、ArrayList
字符串处理	StringBuffer	StringBuilder
日期格式化	ThreadLocal<SimpleDateFormat>	SimpleDateFormat
工具类	AtomicInteger、Collections.synchronizedList()	基本集合类

---

5. 实践：如何验证线程安全性？

代码示例分析

public class Counter {
    private int count = 0; // 共享可变状态
    
    public void increment() {
        count++; // 非原子操作（读取-修改-写入）
    }
    
    public int getCount() {
        return count;
    }
}

• 问题：count++并非原子操作，多线程并发时会导致计数丢失更新。
• 修复：
  • 加锁：synchronized修饰方法或代码块。
  • 使用原子类：private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0)。

测试方法

• 多线程压力测试：启动多个线程并发调用目标类的方法，检查结果是否符合预期。
• 静态分析工具：如FindBugs、SpotBugs可检测部分线程安全问题。

---

6. 设计线程安全类的原则

1. 减少共享状态：优先使用局部变量或无状态设计。
2. 不可变性：尽量使成员变量final。
3. 封装同步机制：在类内部处理同步（避免调用方失误）。
4. 使用并发工具：如java.util.concurrent包下的类（ReentrantLock、CountDownLatch等）。

---

总结

• 线程安全：类的行为在多线程环境下可预测且正确。
• 关键点：关注共享状态、同步机制、不可变性。
• 实践建议：优先使用现成的线程安全类（如ConcurrentHashMap），必要时通过锁或原子操作封装非线程安全类。