多线程 - 多线程中使用静态方法存在线程安全的问题

Posted 2022-12-26 放羊的牧码

类的成员分两类，静态成员(static member)和实例成员(instance menber)，静态成员属于类，实例成员则属于对象，即类的实例。

我们知道，静态字段和静态方法的调用都是通过类来调用的，静态方法不会对特定的实例操作，只能调用调用类中的其他属性和静态方法，不能调用类中的非静态属性和非静态方法。实例方法可以对特定的实例操作，既能访问静态属性和静态方法，也能访问实例属性和实例方法。

在多线程中使用静态方法是否有安全问题？这样看在静态方法中时候使用了静态成员。在多线程中使用一个静态方法的时候，每个线程共享一个静态字段，如果该静态方法不去操作一个静态变量，只在方法内部使用局部变量，则不会造成安全性问题。但是，如果该静态方法操作了一个静态字段，则需要在静态方法中采用互斥访问的方式来对其进行安全处理。

先来看没有线程安全问题的实例

public class Test 
	public static String hello(String str) 
		String tmp = "";
		tmp = tmp + str;
		return tmp;
	

上述示例中是线程安全的，这是因为在静态方法中声明了局部变量，每个线程在调用的时候，都会创建一份新的局部变量，比如这里的tmp，而不会共享一个存储单元。

以下是线程不安全的

public class Test 

	private static Test test;

	public static Test hello() 
		if(tets==null)
			Test=new Test();        
		return test;
	

这是因为在静态方法中又返回了静态变量，对于静态变量来说，类在加载的时候会占用同一个存储区，而每个线程都是公用这个存储区的，因此存在线程安全的问题。

划重点

静态方法和实例方法的区别是静态方法只能引用静态变量，静态方法通过类名来调用，实例方法通过对象实例来调用。

每个线程都有自己的线程栈，栈与线程同时创建，每一个虚拟机线程都有自己的程序计数器PC，在任何时刻，一个虚拟机线程只会执行一个方法的代码，这个方法称为该线程的当前方法，如果这个方法不是native的，程序计数器就保存虚拟机正在执行的字节码指令的地址。

线程调用方法的时候会创建栈帧，用于保存局部变量表和操作数栈以及指向该类常量池的引用。

静态方法虽然是同一个方法，但是不同线程在调用，程序计数器的值是不一样的，操作这两个线程不会相互影响（假设不存在访问共享变量的情况）​​​​​​​

因此在设计工具类的时候，对于没有使用到静态变量的静态工具类方法，是不需要加锁的（synchronized）。

在使用单例模式做工具类的时候，这个时候静态方法需要被加锁，这是因为所有的线程虽然有自己的方法栈，但是在方法栈中操作的是同一个对象的实体，所以需要进行加锁同步，来实现每个线程都需要等待锁的释放才能使用该对象的引用。

但是在多例模式做工具类的时候，是不需要加锁的，因为每个线程中有自己的方法栈，但是在方法栈中创建了独立的对象引用，可以看成是线程都是在自己的方法栈中操作局部的对象引用，因此这个时候不需要同步。

那么在静态方法中更新参数中传入的对象，存在多线程安全隐患么？

public class StaticMethod 

    // not exist any class attribute

    public static void setDataToPerson(Person person) 
        if(person.age > 60) 
            person.setLevel("OLD");
        
        

这个和是不是静态方法没有关系。取决于你操作的是这个 Person 对象是否同一个引用，如果两个线程访问的是同一个 Person 对象，那么你同时调用这个方法，当然的不是线程安全的；反之不是同一个对象，则线程安全。

补充说明

Q：为什么不直接在方法上加 synchronized？

A：因为会导致所有线程都需要加锁、释放锁，否则可以有一部分直接不经过锁。