Java并发编程原理与实战八：产生线程安全性问题原因（javap字节码分析）

Posted 2020-12-25 屌丝码农

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java并发编程原理与实战八：产生线程安全性问题原因（javap字节码分析）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

前面我们说到多线程带来的风险，其中一个很重要的就是安全性，因为其重要性因此，放到本章来进行讲解，那么线程安全性问题产生的原因，我们这节将从底层字节码来进行分析。

一、问题引出

先看一段代码

package com.roocon.thread.t3;

public class Sequence {
    private int value;

    public int getNext(){
        return value++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Sequence sequence = new Sequence();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
               while (true){
                   System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+sequence.getNext());
                   try {
                       Thread.sleep(100);
                   } catch (InterruptedException e) {
                       e.printStackTrace();
                   }
               }
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+sequence.getNext());
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+sequence.getNext());
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();
    }
}

运行结果：仔细发现，出现了两个84，但代码想要的结果是，每个线程每次执行，就在原来的基础上加一。因此，这里就是线程的安全问题。

Thread-0 0
Thread-1 1
Thread-2 2
...
Thread-2 81
Thread-1 82
Thread-0 83
Thread-2 84
Thread-1 84
Thread-0 85
Thread-2 86

解释原因：

return value++; 通过字节码分析，它其实不是原子操作，value = value + 1;首先，要先读取value的值，然后再对value的值加1，最后将value+1后的结果赋值给原来的value。

如果有线程1和线程2，假设value此时为83。

1.线程1读取value的值，为83。

2.线程1对value进行加1操作，得到值是84，但此时cpu被线程2抢走了，线程2还没来得及将计算后的值赋值给原来的value。

3.线程2读取value的值，仍然为83。

4.线程2对value进行加1操作，得到84，此时cpu被线程1抢走了，线程1继续执行赋值操作，将它计算得到的结果值84赋值给value，于是，线程1输出了84。

5.线程2此时再次抢到了cpu执行权，于是，将它计算得到的结果值84赋值给value，最后输出84。

下面来查看字节码文件验证：

继续往下查看字节码文件的getNext方法：

这些指令告诉我们，value++并不是原子操作。其中，getfield就代表读取value这个字段的值，iadd就表示对value值进行加1操作，而putfield就代表将jia1操作得到的值赋值给原来的value。

指令的含义可以查看：https://www.cnblogs.com/dougest/p/7067710.html

二、解决问题

那么，如何解决上面的问题呢？如何保证多线程的安全性问题呢？

最简单的办法就是，加同步锁。

package com.roocon.thread.t3;

public class Sequence {
    private int value;

    public synchronized int getNext(){
        return value++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Sequence sequence = new Sequence();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
               while (true){
                   System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+sequence.getNext());
                   try {
                       Thread.sleep(100);
                   } catch (InterruptedException e) {
                       e.printStackTrace();
                   }
               }
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+sequence.getNext());
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+sequence.getNext());
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();
    }
}

运行结果：

Thread-0 0
Thread-1 1
Thread-2 2
...
Thread-0 81
Thread-1 82
Thread-2 83
Thread-0 84
Thread-1 85
Thread-2 86
Thread-0 87

解决线程安全性问题有很多解决方案，因为，如果所有的解决方案都是加同步锁，那么，所谓的多线程并发最后变成了串行了。那么，多线程就显得没意义了。

最后，总结下产生线程安全性问题三个条件：

1.多线程环境下。

2.多个线程共享一个资源。如servlet就不是线程安全的。在它的service方法中操作同一个实例变量，如果多个线程同时访问，由于多个线程共享该变量，因此存在线程安全问题。

3.对线程进行非原子性操作。

三、javap的理解

也许我们很少会使用到javap工具，因为现在有很多好的反编译工具，但是我在此介绍这个工具不是使用它进行反编译，而是查看java编译器为我们生成的字节码，通过比较字节码和源代码，我们可以发现很多的问题，一个很重要的作用就是了解很多编译器内部的工作机制。

public class Main {
 
 
    public static void main(String[] args) {
        String s = "abc";
        String ss = "ok"+s+"xyz"+5;
        System.out.println(ss);
    }
}

在反编译前你当然需要先编译这个类了：javac -g Main.java(使用-g参数是因为要得到下面javap -l时的输出需要使用此选项)
编译完成后，我们在使用不同的选项看看不同的效果：

1.先看看最简单的不带参数的情况：javap Main: