線程不安全的問題分析：在小朋友搶氣球的案例中模擬網絡延遲來將問題暴露出來；示例代碼如下：
在線程中的run方法上不能使用throws來聲明拋出異常，所以在run方法中調用有可能出現異常的代碼時，只能使用try-catch將其捕獲來處理。
原因是：子類覆蓋父類方法時不能拋出新的異常，父類的run方法都沒有拋出異常，子類就更加不能拋出異常了。詳情可查看我的另一篇文章 Java基礎之異常處理機制
在上述案例中，通過引入Thread.sleep();來模擬網絡延遲，該方法的作用是讓當前線程進入睡眠狀態10毫秒，此時其他線程就可以去搶佔資源了，方法的參數是睡眠時間，以毫秒為單位。
通過觀察運行結果，發現了問題：
小紅、小強兩個小朋友都搶到了14號氣球
在運行結果中，小紅、小強兩個小朋友都搶到了14號氣球，也就是14號氣球被搶到了2次。我們來梳理線程的運行過程來看看發生了什麼：
小強和小紅兩個線程都拿到了14號氣球，由於線程調度，小強獲得了CPU時間片，打印出了搶到的氣球，而小紅則進入睡眠；小強在打印後對num做了減一操作，此時num為13；小明線程開始運行，搶到了13號氣球，並對num做了減一操作，此時num為12；小紅線程醒來，打印出搶到的14號氣球；此時的num為12，減一後結果為11；由於多個線程是併發操作，所以對num做判斷時可能上一個線程還未對num減一，故都能通過（num > 0）的判斷；
然後再來運行上述代碼，得出如下的結果：
運行結果中出現了本不該出現的0 和 -1
運行結果中出現了本不該出現的0和-1，因為按照正常邏輯，氣球數量到1之後就不應該被打印和減一了。出現這樣的結果是因為出現了以下的執行步驟：
小紅、小強、小明都同時搶到了1號氣球，由於線程調度，小強獲取了cpu時間片，得以執行，而小明和小紅則進入睡眠；小強打印出結果後，對num減一，此時num為0；小明醒來，獲得的num為0，然後小明將num打印出來，再對num減一，此時num為-1；小紅醒來，獲得的num為-1，隨後小紅將num打印出來，再對num減一，此時怒木為-2；由於多個線程是併發操作，所以對num做判斷時可能上一個線程還未對num減一，故都能通過（num > 0）的判斷；
解決方案：
在案例中的搶氣球其實是兩步操作：先搶到氣球，再對氣球總數減一；既然是兩步操作，在併發中就完全有可能會被分開執行，且執行順序無法得到控制；想要解決上述的線程不安全的問題，就必須要將這兩步操作作為一個原子操作，保證其同步運行；也就是當一個線程A進入操作的時候，其他線程只能在操作外等待，只有當線程A執行完畢，其他線程才能有機會進入操作。
原子操作：不能被分割的操作，必須保證其從一而終完全執行，要麼都執行，要麼都不執行。
為解決多線程併發訪問同一個資源的安全性問題，Java 提供如下了幾種不同的同步機制：
同步代碼塊；同步方法；Lock 鎖機制；
同步代碼塊：為了保證線程能夠正常執行原子操作，Java 引入了線程同步機制，其語法如下：
synchronized (同步鎖) { // 需要同步操作的代碼 ... ...}
上述中同步鎖，又稱同步監聽對象、同步監聽器、互斥鎖，同步鎖是一個抽象概念，可以理解為在對象上標記了一把鎖；Java 中可以使用任何對象作為同步監聽對象，但在項目開發中，我們會把當前併發訪問的共享資源對象作為同步監聽對象，在任何時候，最多隻能運行一個線程擁有同步鎖。
衛生間的使用就是一個很好的例子，一個衛生間在一段時間內只能被一個人使用，當一個人進入衛生間後，衛生間會被上鎖，其他只能等待；只有當使用衛生間的人使用完畢，開鎖後才能被下一個人使用。
然後就可以使用同步代碼塊來改寫搶氣球案例，示例代碼如下：
使用同步代碼塊來改寫搶氣球案例
通過查看運行結果，線程同步的問題已經得到解決。
同步方法：使用synchronized修飾的方法稱為同步方法，能夠保證當一個線程進入該方法的時候，其他線程在方法外等待。比如：
public synchronized void doSomething() { // 方法邏輯 }
PS：方法修飾符不分先後順序。
使用同步方法來改寫搶氣球案例，代碼如下：
使用同步方法來改寫搶氣球案例
注意：不能使用synchronized修改線程類中的run方法，因為使用之後，就會出現一個線程執行完了所有功能，多個線程出現串行；原本是多行道，使用synchronized修改線程類中的run方法，多行道變成了單行道。
好：synchronized保證了併發訪問時的同步操作，避免了線程的安全性問題。
壞：使用synchronized的方法、代碼塊的性能會比不用要低一些。
StringBuilder和StringBuffer
StringBuilder和StringBuffer 區別就在於StringBuffer中的方法都使用了synchronized修飾，StringBuilder中的方法沒有使用synchronized修飾；這也是StringBuilder性能比StringBuffer高的主要原因。
Vector和ArrayList
兩者都有同樣的方法，有同樣的實現算法，唯一不同就是Vector中的方法使用了synchronized修飾，所以Vector的性能要比ArrayList低。
Hashtable和HashMap
兩者都有同樣的方法，有同樣的實現算法，唯一不同就是Hashtable中的方法使用了synchronized修飾，所以Hashtable的性能要比HashMap低。
volatile關鍵字的作用在於：被volatile關鍵字修飾的變量的值，將不會被本地線程緩存，所有對該變量的讀寫都是直接操作共享內存，從而可以確保多個線程能正確處理該變量。
需要注意的是，volatile關鍵字可能會屏蔽虛擬機中的一些必要的優化操作，所以運行效率不是很高，因此，沒有特別的需要，不要使用；即便使用，也要避免大量使用。
單例模式--餓漢模式
代碼如下：
單例模式--餓漢模式 示例代碼
單例模式--懶漢模式
代碼如下：
單例模式--懶漢模式 代碼示例
懶漢模式存在線程不安全問題，在對instance對象做判斷時由於併發導致出現和搶氣球案例一樣的問題。為了解決這個問題，使用雙重檢查加鎖機制來解決。
雙重檢查加鎖機制
使用“雙重檢查加鎖”機制實現的程序，既能實現線程安全，有能夠使性能不受較大的影響。那麼何謂“雙重檢查加鎖”機制？其指的是：並不是每次進入getInstance方法都需要同步，而是先不同步，進入方法後，先檢查實例是否存在，如果不存在才執行同步代碼塊，這是第一重檢查；進入同步塊後，再次檢查實例是否存在，如果不存在，就在同步塊中創建一個實例，這是第二重檢查。這樣，就只需要同步一次，減少了多次在同步情況判斷所浪費的時間。
“雙重檢查加鎖”機制的實現需要volatile關鍵字的配合使用，且Java 版本需要在Java 5及以上，雖然該機制可實現線程安全的單例模式，也要根據實際情況酌情使用，不宜大量推廣使用。
使用“雙重檢查加鎖”機制改寫後的懶漢模式，代碼如下：
雙重檢查加鎖”機制改寫後的懶漢示例
Lock 接口
java.util.concurrent.locks包提供了Lock接口，Lock鎖機制提供了比synchronized代碼塊和synchronized方法更廣泛的鎖定操作，而且功能比synchronized代碼塊和synchronized方法更加強大。
官方的提供了參考價值很大的demo，能夠很好的提現Lock機制的功能：
Lock 機制的官方demo
是同Lock 機制改寫的搶氣球案例代碼如下所示：
import java.util.concurrent.locks.*;
public class LockDemo {
public static void main(String []args) {
Balloon balloon = new Balloon();
new Thread(balloon, "小紅").start();
new Thread(balloon, "小強").start();
new Thread(balloon, "小明").start();
}
}
// 氣球
class Balloon implements Runnable {
private int num = 500;
private final Lock lock = new ReentrantLock(); // 創建鎖對象
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 500; i++) {
grabBalloon();
}
}
// 搶氣球
private void grabBalloon() {
lock.lock(); // 獲取鎖對象
if (num > 0) {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "搶到了"
+ num + "號氣球");
num--;
} catch (Exception e) {
} finally {
lock.unlock(); // 釋放鎖
}
}
}
}
案例運行正常。
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