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最近在学习 Java 多线程基础，梳理了线程安全产生根源、synchronized 锁用法，以及极易踩坑的死锁问题，把整套知识点整理成通俗易懂的笔记，方便后续复习，也分享给正在学多线程的同学

一、什么是线程安全？

多线程程序中，多个线程同时访问共享资源，如果程序最终运行结果，和单线程顺序执行的结果完全一致，就代表这段代码是线程安全的；反之，结果错乱、数据出错，就是线程不安全。

举个最简单例子：多个线程同时累加同一个计数器，最终数值和预期不符，就是典型的线程安全问题。

二、线程安全问题产生的三大核心原因

1. CPU 线程调度具有随机性操作系统随机分配 CPU 时间片，线程执行到一半可能被强行切走暂停，不会完整走完一整套操作。
2. 多线程并发读写同一个共享变量多个线程同时修改同一份公共资源，是冲突发生的前提。
3. 变量修改操作不具备原子性一行代码底层会拆分成多步 CPU 指令，中途可以被打断。 经典示例：count++并非一步操作，底层分为三步：
4. 把变量值读取到寄存器
5. 寄存器完成自增计算
6. 将计算结果写回内存保存 线程如果在三步中间被切换，就会出现数据覆盖、数值丢失。

三、解决线程安全：synchronized 同步锁

1. 锁的核心作用

加锁后，同一时刻仅有一个线程能持有锁、执行锁内代码，其余线程只能阻塞等待。 语法：

代码执行到右大括号时，会自动释放锁。

原理：通过锁竞争，把并发冲突代码改为串行执行，以此保证数据安全，但串行会牺牲程序运行效率。

2. synchronized 两种使用形式与优缺点

1. 修饰整个方法 直接在方法声明前添加synchronized，锁范围是整个方法。 缺点：粒度太大，哪怕方法里大部分代码不需要同步，也全部串行执行，严重降低并发性能。

2. 同步代码块（推荐）只包裹真正操作共享变量的少量代码，其余逻辑正常并发运行，兼顾安全与性能。

3. 补充关键特性：可重入锁

synchronized是可重入锁：同一个线程拿到一把锁后，可以多次重复获取这把锁，不会自己阻塞自己。 这个特性能规避单锁嵌套场景下的死锁问题。

4. synchronized 自带两大特性（也是死锁必要条件）

1. 互斥性锁同一时间只能被一个线程持有；其他线程申请同一锁，直接进入阻塞等待。
2. 不可抢占锁一旦被线程占用，其他线程无法强制抢夺，只能等待持有者主动释放。

5. 为什么大部分类不自带同步锁？

加锁会强制部分代码串行，直接削弱程序并发高性能优势。 因此 Java 默认集合、工具类都无内置锁，由开发者根据业务场景手动选择是否加锁。

同时仅靠单锁也有局限：如果一段业务需要多把锁共同保证原子操作，只加单个同步锁依旧会出现线程安全问题。

四、死锁：多锁场景下的严重问题

1. 死锁定义

多个线程互相持有对方需要的锁资源，同时又发起请求获取对方手中的锁，所有线程无限阻塞、僵持等待，程序卡死无法自动恢复。

2. 死锁带来的危害

1. 问题复现随机性强：依赖 CPU 调度顺序，测试时很难稳定复现，排查难度极高；
2. 线程永久阻塞，持续占用 CPU、内存、连接等系统资源，无法主动释放；
3. 业务流程停滞，严重时导致整个服务卡顿、瘫痪。

3. 触发死锁的四个必要条件

1. 互斥条件：synchronized 锁天然满足，同一锁只能单线程持有；
2. 不可抢占条件：synchronized 锁天然满足，无法强行抢夺他人锁；
3. 持有并请求条件：线程已经持有锁 A，不释放，又去申请锁 B（锁嵌套使用）； 可重入锁仅解决同一把锁多次获取，无法解决多把不同锁嵌套；
4. 循环等待条件：线程之间形成环形等待链：线程 1 等线程 2 的锁，线程 2 等线程 1 的锁。

4. 死锁通用解决办法

破坏循环等待条件即可：给所有锁统一分配编号，规定所有线程必须按锁编号从小到大的顺序申请锁，杜绝环形等待。