多线程安全问题
本文从操作系统谈起，结合原子性，可见性，代码重排序，阐述多线程的不安全。
目录：
1.OS
2.进程与线程
3.多线程
3.1 什么是多线程
3.2 为什么使用多线程
3.3 多线程的缺点
3.4 理解线程不安全
3.5 保证线程安全的思路
OS(Operating System，简称OS)
一：概念
OS是Operating System的缩写，中文翻译就是操作系统，意思就是计算机管理控制程序，是计算机能够正常运行最基本的系统软件，任何软件都需要OS来支持。
二：作用
1.OS是管理计算机系统的全部硬件资源以及软件资源；
2.控制程序运行；改善人机界面；
3.为其它应用软件提供支持等，使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，为用户提供方便的、有效的、友善的服务界面。
进程与线程
一：进程：进程是系统分配资源的最小单位（OS拥有硬件资源分配权，分配的主体就是进程）
二：线程：线程是系统调度的最小单位（线程是系统分配CPU资源的最小单位）
三：区别及联系：一个进程内的线程之间是可以共享资源的。每个进程至少有一个线程存在，即主线程。
多线程
理解：进程可以简单的理解为一个可以独立运行的程序单位。它是线程的集合，进程就是有一个或多个线程构成的，每一个线程都是进程中的一条执行路径。
一：什么是多线程
多线程就是指一个进程中同时有多个执行路径（线程）正在执行；
二：为什么使用多线程
在一个程序中，有很多的操作是非常耗时的，如数据库读写操作，IO操作等，如果使用单线程，那么程序就必须等待这些操作执行完成之后才能执行其他操作。使用多线程，可以在将耗时任务放在后台继续执行的同时，同时执行其他操作，提高程序的效率。（多线程不保证一定提升程序的效率，要具体情况具体看待)
三：多线程的缺点
1.使用太多线程，是很耗系统资源，因为线程需要开辟内存。更多线程需要更多内存。
2.影响系统性能，因为操作系统需要在线程之间来回切换。
3.需要考虑线程操作对程序的影响，如线程挂起，中止等操作对程序的影响。
4.线程使用不当会发生很多问题。
四：理解线程不安全
1.线程为什么不安全，先了解三个概念：
1.1原子性：原子性就是指一个不可中断的操作，要么全部执行成功要么全部执行失败。在多个线程一起执行的时候，一个操作一旦开始，就不会被其他线程所干扰。
我们把一段代码想象成一个房间，每个线程就是要进入这个房间的人。如果没有任何机制保证，A进入房间之后，还没有出来；B 也进入房间，打断 A 在房间里的隐私。这个就是不具备原子性的。那我们应该如何解决这个问题呢？是不是只要给房间加一把锁，A 进去就把门锁上，其他人是不是就进不来了。这样就保证了这段代码的原子性了。有时也把这个现象叫做同步互斥，表示操作是互相排斥的。
不保证原子性会给多线程带来什么问题？
如果一个线程正在对一个变量操作，中途其他线程插入进来了，如果这个操作被打断了，结果就可能是错误的。
1.2可见性：为了提高效率，JVM在执行过程中，会尽可能的将数据在工作内存中执行，但这样会造成一个问题，共享变量在多线程之间不能及时看到改变，这个就是可见性问题。
Java 的内存模型
如图所示每个线程都有自己独立的工作内存，里面保存该线程使用到的变量的副本（主内存中该变量的一份拷贝）。
线程对共享变量的所有操作都必须在自己的工作内存中进行，不能直接从主内存中读写；不同线程之间无法直接访问其他线程工作内存中的变量，线程间变量值的传递需要通过主内存来完成。
1.3指令做重排序： 在执行程序时为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令做重排序（编译器，JVM，CPU体系都有可能重排序代码）
代码重排序会给多线程带来什么问题？
举个例子：
一段代码是这样的：
1. 去前台取下 U 盘
2. 去教室写 10 分钟作业
3. 去前台取下快递
如果是在单线程情况下，JVM、CPU指令集会对其进行优化，比如，按 1->3->2的方式执行，也是没问题，可以少跑一次前台。但在多线程场景下就有问题了，可能快递是在你写作业的10分钟内被另一个线程放过来的，或者被人变过了，如果指令重排序了，代码就会是错误的。
现在我们谈一下多线程为什么不安全
操作系统（如Windows、Linux）的任务调度是采用时间片轮转的抢占式调度方式，也就是说一个任务执行一小段时间后强制暂停去执行下一个任务，每个任务轮流执行。任务执行的一小段时间叫做时间片，任务正在执行时的状态叫运行状态，任务执行一段时间后强制暂停去执行下一个任务，被暂停的任务就处于就绪状态等待下一个属于它的时间片的到来。
换句话说，线程在运行过程中，什么时候被从CPU上切换下来是个概率事件，无法确定，所有排队的线程中，哪个线程会被选择切换到CPU上也是一个概率事件，无法确定。因为这些不确定性，所以多线程无法保证其原子性，可见性，所以多线程是不安全的。
五：保证线程安全的思路
1.是否需要多线程
线程使用不当会带来诸多问题，根据实际情况可以考虑不使用多线程
2.线程是否处理了共享资源，并对共享资源有修改的操作，如果没有，那么不必考虑线程安全的问题，反之，利用多线程的各种机制进行解决（synchronized，volatile等）。