java线程安全问题之静态变量实例变量局部变量

Posted 2021-01-12 缘在此季

 java多线程编程中，存在很多线程安全问题，至于什么是线程安全呢，给出一个通俗易懂的概念还是蛮难的，如同《java并发编程实践》中所说：

写道

给线程安全下定义比较困难。存在很多种定义，如：“一个类在可以被多个线程安全调用时就是线程安全的”。 

 此处不赘述了，首先给出静态变量、实例变量、局部变量在多线程环境下的线程安全问题结论，然后用示例验证，请大家擦亮眼睛，有错必究，否则误人子弟！

 

静态变量：线程非安全。

静态变量即类变量，位于方法区，为所有对象共享，共享一份内存，一旦静态变量被修改，其他对象均对修改可见，故线程非安全。

 

实例变量：单例模式（只有一个对象实例存在）线程非安全，非单例线程安全。

实例变量为对象实例私有，在虚拟机的堆中分配，若在系统中只存在一个此对象的实例，在多线程环境下，“犹如”静态变量那样，被某个线程修改后，其他线程对修改均可见，故线程非安全；如果每个线程执行都是在不同的对象中，那对象与对象之间的实例变量的修改将互不影响，故线程安全。

局部变量：线程安全。

每个线程执行时将会把局部变量放在各自栈帧的工作内存中，线程间不共享，故不存在线程安全问题。

 

静态变量线程安全问题模拟：

----------------------------------------------------------------------------------

 

Java代码  

1. /**  
2.   * 线程安全问题模拟执行  
3.   *  ------------------------------  
4.   *       线程1      |    线程2  
5.   *  ------------------------------  
6.   *   static_i = 4;  | 等待  
7.   *   static_i = 10; | 等待  
8.   *    等待          | static_i = 4;  
9.   *   static_i * 2;  | 等待  
10.   *  ----------------------------- 
11.  * */  
12. public class Test implements Runnable  
13. {  
14.     private static int static_i;//静态变量   
15.       
16.     public void run()  
17.     {  
18.         static_i = 4;  
19.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
20.                 + "]获取static_i 的值:" + static_i);  
21.         static_i = 10;  
22.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
23.                 + "]获取static_i*3的值:" + static_i * 2);  
24.     }  
25.       
26.     public static void main(String[] args)  
27.     {  
28.         Test t = new Test();  
29.         //启动尽量多的线程才能很容易的模拟问题   
30.         for (int i = 0; i < 3000; i++)  
31.         {  
32.             //t可以换成new Test(),保证每个线程都在不同的对象中执行，结果一样   
33.             new Thread(t, "线程" + i).start();  
34.         }  
35.     }  
36. }  

 

 

 

根据代码注释中模拟的情况，当线程1执行了static_i = 4;  static_i = 10; 后，线程2获得执行权，static_i = 4; 然后当线程1获得执行权执行static_i * 2;  必然输出结果4*2=8，按照这个模拟，我们可能会在控制台看到输出为8的结果。

写道

[线程27]获取static_i 的值:4  [线程22]获取static_i*2的值:20  [线程28]获取static_i 的值:4  [线程23]获取static_i*2的值:8  [线程29]获取static_i 的值:4  [线程30]获取static_i 的值:4  [线程31]获取static_i 的值:4  [线程24]获取static_i*2的值:20

 看红色标注的部分，确实出现了我们的预想，同样也证明了我们的结论。

 

实例变量线程安全问题模拟：

----------------------------------------------------------------------------------

Java代码  

1. public class Test implements Runnable  
2. {  
3.     private int instance_i;//实例变量  
4.       
5.     public void run()  
6.     {  
7.         instance_i = 4;  
8.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
9.                 + "]获取instance_i 的值:" + instance_i);  
10.         instance_i = 10;  
11.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
12.                 + "]获取instance_i*3的值:" + instance_i * 2);  
13.     }  
14.       
15.     public static void main(String[] args)  
16.     {  
17.         Test t = new Test();  
18.         //启动尽量多的线程才能很容易的模拟问题   
19.         for (int i = 0; i < 3000; i++)  
20.         {  
21.             //每个线程对在对象t中运行，模拟单例情况  
22.             new Thread(t, "线程" + i).start();  
23.         }  
24.     }  
25. }  

 

 

按照本文开头的分析，犹如静态变量那样，每个线程都在修改同一个对象的实例变量，肯定会出现线程安全问题。

写道

[线程66]获取instance_i 的值:10  [线程33]获取instance_i*2的值:20  [线程67]获取instance_i 的值:4  [线程34]获取instance_i*2的值:8  [线程35]获取instance_i*2的值:20  [线程68]获取instance_i 的值:4

 

看红色字体，可知单例情况下，实例变量线程非安全。

 

将new Thread(t, "线程" + i).start();改成new Thread(new Test(), "线程" + i).start();模拟非单例情况，会发现不存在线程安全问题。

 

 

局部变量线程安全问题模拟：

----------------------------------------------------------------------------------

 

Java代码  

1. public class Test implements Runnable  
2. {  
3.     public void run()  
4.     {  
5.         int local_i = 4;  
6.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
7.                 + "]获取local_i 的值:" + local_i);  
8.         local_i = 10;  
9.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
10.                 + "]获取local_i*2的值:" + local_i * 2);  
11.     }  
12.       
13.     public static void main(String[] args)  
14.     {  
15.         Test t = new Test();  
16.         //启动尽量多的线程才能很容易的模拟问题  
17.         for (int i = 0; i < 3000; i++)  
18.         {  
19.             //每个线程对在对象t中运行，模拟单例情况   
20.             new Thread(t, "线程" + i).start();  
21.         }  
22.     }  
23. }  

 

 

控制台没有出现异常数据。

 

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以上只是通过简单的实例来展示静态变量、实例变量、局部变量等的线程安全问题，

并未进行底层的分析，下一篇将对线程问题的底层进行剖析。

 

 

静态方法是线程安全的

 

 

先看一个类

public class  Test{

public static  String hello(String str){

    String tmp="";

    tmp  =  tmp+str;

   return tmp;

}

}

hello方法会不会有多线程安全问题呢？没有！！

静态方法如果没有使用静态变量，则没有线程安全问题。

为什么呢？因为静态方法内声明的变量，每个线程调用时，都会新创建一份，而不会共用一个存储单元。比如这里的tmp,每个线程都会创建自己的一份，因此不会有线程安全问题

 

注意，静态变量，由于是在类加载时占用一个存储区，每个线程都是共用这个存储区的，所以如果在静态方法里使用了静态变量，这就会有线程安全问题！

总结：只要方法内含有静态变量，就是非线程安全的