一、相关概念
线程安全
当多个线程访问某个类时，不管运行环境采用
何种调度方式或者这些线程如何交替执行，并且在主调代码不需要额外的协同或者同步，这个类都能表现出正确的行为，那么可以说这个类是线程安全的
概念有点绕，下面会具体说明，继续看其他概念说明
并发和并行
- 并发：指两个或多个事件在同一个时间段内发生
- 并行：指两个或多个事件在同一时刻发生
那么对于我们Java里面的多线程是并发还是并行呢？答案是都有可能，需求看操作系统的CPU类型
通过线程的概念我们知道：线程是CPU调度和分配的基本单位。
根据CPU是单核还是多核，区分了线程是可以并发还是并行执行
单核多线程
单核多线程指的是单核CPU轮流执行多个线程，通过给每个线程分配CPU时间片来实现，只是因为这个时间片非常短（几十毫秒），所以在用户的角度上感觉上多个线程同时执行
多核多线程
可以把多线程分配给不同的核心处理，其他的线程依旧等待，相当于多个线程并行的执行（当然多核肯定也能并发执行多线程）
线程调度
线程同时运行是一个宏观的概念，如果是单CPU单核的情况，从微观上来说线程只能串行一个个执行的，多个线程按照某种顺序执行，我们把这种情况称之为线程调度。
为什么多线程会有有线程安全问题？
这就涉及到另一个概念:Java内存模型（JMM）
二、Java内存模型
共享变量
Java中，所有实例变量、静态变量和数组元素（这些统称为共享变量）都存储在堆内存中，堆内存在多线程之间共享。而局部变量、方法参数，异常处理器参数是线程私有的。
JMM概念
JMM仅仅是JVM对内存访问的一种规范，是独立于物理机器的一种内存存取模型。（用于屏蔽各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让Java程序在各种平台下都能达到一致的并发效果）
Java内存模型描述了Java程序中共享变量的访问规则，以及JVM中将变量存储到内存和从内存中读取变量这样的细节。
具体规则如下：
- 所有的共享变量都存储主内存（堆内存）中
- 每个线程都有一个私有的本地内存，里面保存了该线程使用到的共享变量的副本
- 线程对共享变量的所有操作都必须在自己的本地内存中进行，不能直接从主内存读取
- 不同线程之间无法直接访问其他线程的本地内存，线程中共享变量的传递需要通过主内存实现
内存模型的示意图：
线程工作时，先把共享变量拷贝到自己的本地内存中，线程操作结束再将本地内存中修改后的共享变量值写回到主内存中。此时其他线程就可以到主内存中读取到更新后的共享变量值。
Java内存模型通过控制主内存与每个线程本地内存的交互，来为Java程序提供内存可见性保证（注意仅仅是提供不是保证）。
三、线程安全
问题产生
为什么会有线程安全问题?
是因为对共享变量的竞争访问
因为共享变量无论是读还是写操作都不是直接操作主内存，都需要分成两步。例如：写操作需求先写入线程的本地内存（写1），再由内存模型从本地内存中同步到主内存中（写2）；读操作也是类似。
而且在多线程中这两步是可以穿插进行，意思就是例如写1，写2虽然是顺序执行，但是中间可以穿插其他线程的写或者读操作，当然读操作也是一样的，这就产生了数据的竞争。
所以多线程操作共享变量时，可能本地内存中数据没有及时刷新到主内存中，我们读到的还是没修改之前的数据，这就发生了线程安全问题。
问题解决
如何解决线程安全问题？这就需要保证JMM具备如下三种特性，这也是JMM的核心
原子性
原子 Atomic 意指不可分割，也就是作为一个整体，要么全部执行，要么不会执行
对于共享变量的访问操作，如果对除了当前线程以外的如何线程来说，都是不可分割的，那么就是具有原子性。
如何保证原子性？
- 使用
锁机制，锁具有排他性，它能够保证一个共享变量在任意一个时刻仅仅被一个线程访问，这就消除了竞争 - 使用CAS指令（compare-and-swap）
(Java种基本类型以及引用类型的写操作都是原子的，除了long和double，因为其64位长度，如果是在32位机器上，写操作可能分成两个步骤，分别处理高低32位，这就打破了原子性，可能出现数据安全问题)
可见性
一个线程对共享变量的修改之后，能及时被另一个线程读取到该修改结果，那么就称这个线程对该共享变量的更新对其他线程可见
如果一个线程对共享变量做出了修改，而另外的线程却并没有读取到最新的结果，这是有问题的，这就需要保证可见性
如何保证内存可见性？
-
使用volatile关键字保证共享变量的新值能立即同步到主内存，以及每个线程在每次使用volatile变量前都立即从主内存刷新。
-
使用
锁机制，通过如下两条规则保证可见性：- 如果对变量执行lock操作，将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前需要重新执行load伙assign操作初始化变量的值
- 对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回主内存中（执行store和write操作）
有序性
关于有序性，首先要说下重排序的概念，如果没有重排序，那也没有有序性的问题
重排序是JVM对内存访问的一种优化，可以在不影响单线程正确性的前提下进行一定的调整，进入提高程序的性能。但是多线程场景下就可能出现问题
重排序对多线程的影响 举例说明：
class ReorderExample {
int a = 0;
boolean flag = false;
public void writer() {
a = 2; //1
flag = true;//2
}
public void reader() {
if (flag) { //3
int i = 10 / a;//4
}
}
}
如果现在现在有两个线程，线程A和线程B。线程A执行writer方法，线程B执行reader方法。假如现在执行操作3时，flag已经被标记为true了，执行操作4时a是否一定已经赋值了呢?
答案是不一定
因为操作1和操作2没有依赖关系，虽然源码的顺序是先1后2，但是编译器和处理器可以对这两操作重排序。线程1先将flag设置为true，这时候处理器切换到线程2判断flag是true，开始执行操作4，这时候程序就会发生错误，破坏了多线程程序的语义。
如何保证有序性？
- 使用volatile关键字来保证
一定的有序性 - 使用
锁机制，保证每个时刻只有一个线程执行同步代码，相当于让线程顺序执行同步代码，自如就保证了有序性。
如何界定指令会不会重排序:Java内存模型通过
happens-before原则来确定两个操作的顺序。如果两个操作次序无法从happens-before原则推导出来，那么它们就不能保证按照代码顺序有序执行，虚拟机可以随意对他进行重排序。
四、总结
总结来说多线程的线程安全问题通过Java的volatile关键字(一定程度上上解决)或者锁机制来解决。
关于volatile关键字和锁机制(synchronized和lock)的使用和原理详解下篇文章
