线程安全是指多个线程并发执行时，程序的行为是正确的，即使它们共享同一个资源或对象。线程安全的代码能够保证在多线程环境下，不会发生数据竞争或不一致的结果。

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线程安全的关键概念

1. 数据竞争：

   • 当多个线程访问共享资源（如变量、数据结构等），并且至少有一个线程进行写操作时，就可能发生数据竞争。
   • 数据竞争会导致程序行为不一致或结果错误。

2. 原子性：

   • 原子操作是不可分割的，即在执行过程中不会被中断。线程安全的操作应该是原子性的，确保在操作期间不受其他线程干扰。
   • 例如，++ 操作不是原子性的，但通过锁或原子类（如 AtomicInteger）可以实现原子性。

3. 可见性：

   • 在多线程环境中，一个线程对共享变量的修改，其他线程应当能够及时看到。为了保证可见性，可以使用 volatile 关键字、synchronized 或其他同步机制。

4. 有序性：

   • 程序的执行顺序应当符合预期，避免出现由于指令重排序导致的错误。可以通过 synchronized、Lock 或其他机制来确保代码的有序性。

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实现线程安全的常见方式

1. 使用 synchronized 关键字：

   • synchronized 用于修饰方法或代码块，保证同一时刻只有一个线程能够访问被保护的资源。

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   1public synchronized void increment() {
   2    count++;
   3}

2. 使用显式锁（Lock）：

   • Java 提供了 java.util.concurrent.locks.Lock 接口及其实现（如 ReentrantLock），可以提供比 synchronized 更灵活的锁机制。

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   1Lock lock = new ReentrantLock();
   2lock.lock();
   3try {
   4    count++;
   5} finally {
   6    lock.unlock();
   7}

3. 使用原子变量类（java.util.concurrent.atomic 包）：

   • AtomicInteger, AtomicLong 等类提供了原子性的操作，可以避免使用锁来确保线程安全。

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   1AtomicInteger atomicCount = new AtomicInteger(0);
   2atomicCount.incrementAndGet();

4. 使用 volatile 关键字：

   • volatile 用于修饰共享变量，确保变量的修改对所有线程立即可见，避免缓存问题。

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   1private volatile boolean flag;

5. 使用线程安全的数据结构：

   • Java 提供了一些线程安全的集合类（如 ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList），可以避免在并发环境中显式同步。

6. 不可变对象：

   • 通过设计不可变对象，可以避免多个线程修改同一个对象实例，保证线程安全。

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线程安全的例子

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1public class Counter {
2    private int count = 0;
3
4    public synchronized void increment() {
5        count++;
6    }
7
8    public synchronized int getCount() {
9        return count;
10    }
11}

上面的 Counter 类通过 synchronized 确保每次只有一个线程可以修改 count，从而保证线程安全。

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