在并发场景中，线程安全的核心是解决多个线程对共享资源的竞态访问问题。以下是多种主流解决方案，按“实现复杂度”和“适用场景”从简单到复杂排序。
一、基础方案：避免共享状态（根本原则）
线程安全问题的根源是“共享资源竞争”，若能从设计上消除共享，可从根本上避免问题。
无状态设计：线程不持有任何共享数据，每次操作仅依赖输入参数和局部变量。
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示例：Web服务中的无状态控制器（如Spring MVC的Controller），每个请求由独立线程处理，不共享成员变量。
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线程封闭：将数据封装在单个线程内，仅由该线程访问。
实现方式：
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局部变量（栈封闭，天然线程安全）。
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ThreadLocal：为每个线程创建独立的变量副本，如数据库连接池的Connection绑定。
二、锁机制：控制共享资源访问（最常用）
通过“互斥”保证同一时间只有一个线程能操作共享资源，是解决竞态问题的标准方案。
1. 内置锁（Synchronized，Java为例）
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原理：基于对象监视器（Monitor）实现，自动加锁/释放锁（代码块执行完或抛异常时释放）。
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适用场景：简单的同步需求，如单例模式、简单的共享变量修改。
示例：
// 同步方法
public synchronized void add() { count++; }
// 同步代码块（锁粒度更细，性能更好）
public void add() {
synchronized (this) { count++; }
}
2. 显式锁（Lock接口，Java为例）
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原理：手动控制锁的获取（lock()）和释放（unlock()，需在finally中执行），功能比synchronized更灵活。
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核心实现：ReentrantLock（可重入锁，支持公平锁/非公平锁）。
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适用场景：复杂同步需求，如超时获取锁、中断等待锁、条件变量（Condition）。
示例：
private final Lock lock = new ReentrantLock();
public void add() {
lock.lock();
try { count++; }
finally { lock.unlock(); } // 必须手动释放
}
3. 读写锁（ReadWriteLock，Java为例）
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原理：区分“读操作”和“写操作”，允许多个线程同时读，但写操作独占（读-写、写-写互斥），提升读多写少场景的性能。
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核心实现：ReentrantReadWriteLock。
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适用场景：缓存、配置中心等读操作远多于写操作的场景。
三、原子类：无锁化线程安全（高效轻量）
基于CAS（Compare and Swap，比较并交换） 机制实现，无需加锁，直接通过硬件指令保证操作的原子性，性能优于锁。
适用场景：单个变量的原子性操作（如计数、累加）。
常用类（Java为例）：
AtomicInteger/AtomicLong：原子整数/长整数。
AtomicReference：原子引用（支持对象的原子性赋值）。
AtomicStampedReference：解决CAS的“ABA问题”（添加版本号）。
示例：
private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
public void add() {
count.incrementAndGet(); // 原子性自增，底层是CAS
}
四、并发容器：线程安全的集合类
JDK（或其他语言标准库）提供的线程安全集合，避免手动加锁维护集合操作的安全性。
常用容器（Java为例）：
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ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap，采用“分段锁”（JDK7）或“CAS+synchronized”（JDK8）优化，支持高并发读写。
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CopyOnWriteArrayList：读多写少场景的List，写操作时复制整个数组，读操作无锁（适合读频繁、写极少的场景，如配置列表）。
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BlockingQueue：阻塞队列，如ArrayBlockingQueue，天然支持生产者-消费者模型，无需手动处理线程唤醒/等待。
五、分布式场景扩展方案
若并发跨多个进程/服务器（分布式系统），本地锁失效，需分布式级别的同步机制：
1.分布式锁：基于Redis（SET NX EX命令）、ZooKeeper（临时顺序节点）实现，保证多个节点对共享资源的互斥访问。
2.分布式事务：如TCC（Try-Confirm-Cancel）、SAGA模式，解决跨服务的数据一致性问题（非直接解决线程安全，而是分布式场景的扩展）。
六、方案选择建议
1.优先无状态：能通过设计避免共享的，优先选择无状态或线程封闭。
2.简单变量用原子类：单个变量的原子操作（如计数），优先用Atomic类，性能最优。
3.复杂同步用显式锁：需要灵活控制锁（如超时、中断）或读多写少场景，用Lock/ReadWriteLock。
4.集合操作选并发容器：避免手动加锁维护ArrayList/HashMap的线程安全，直接用ConcurrentHashMap等。
5.分布式场景用分布式锁：跨进程/服务器的共享资源竞争，需引入分布式锁。
