JUC并发编程 -- 变量的线程安全问题(成员变量 & 静态变量 & 局部变量 & 开闭原则 & 理解JDK 中 String 类的实现)

Posted 2021-09-12 Z && Y

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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JUC并发编程 -- 变量的线程安全问题(成员变量 & 静态变量 & 局部变量 & 开闭原则 & 理解JDK 中 String 类的实现)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1. 变量的线程安全分析

1.1 成员变量和静态变量是否线程安全？

如果它们没有共享，则线程安全
如果它们被共享了，根据它们的状态是否能够改变，又分两种情况:
- 如果只有读操作，则线程安全
- 如果有读写操作，则这段代码是临界区，需要考虑线程安全

1.2 局部变量是否线程安全？

局部变量是线程安全的
但局部变量引用的对象则未必
- 如果该对象没有逃离方法的作用访问，它是线程安全的
- 如果该对象逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全

1.3 局部变量线程安全分析

静态变量的自增

对于下面的代码:

public static void test1() {
 int i = 10;
 i++; 
 }

每个线程调用 test1() 方法时局部变量 i，会在每个线程的栈帧内存中被创建多份，因此不存在共享

如图

1.4 局部变量引用的对象线程安全分析

1.4.1 案例: 全局变量对象

代码:

public class TestThreadSafe {

    static final int THREAD_NUMBER = 2;
    static final int LOOP_NUMBER = 200;

    public static void main(String[] args) {
        ThreadUnsafe test = new ThreadUnsafe();
        for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {
            new Thread(() -> {
                test.method1(LOOP_NUMBER);
            }, "Thread" + (i + 1)).start();
        }
    }
}

class ThreadUnsafe {
    ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

    public void method1(int loopNumber) {
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            method2();
            method3();
        }
    }
	// 直接操作list
    private void method2() {
        list.add("1");
    }
	// 直接操作list
    private void method3() {
        list.remove(0);
    }
}

运行结果:

分析:

无论哪个线程中的 method2 引用的都是同一个对象中的 list 成员变量
method3 与 method2 分析相同

图解:

1.4.1 案例: 全局变量对象(将上面 list 修改为局部变量)

代码:

import java.util.ArrayList;

public class TestThreadSafe {

    static final int THREAD_NUMBER = 2;
    static final int LOOP_NUMBER = 200;

    public static void main(String[] args) {
        ThreadSafe test = new ThreadSafe();
        for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {
            new Thread(() -> {
                test.method1(LOOP_NUMBER);
            }, "Thread" + (i + 1)).start();
        }
    }
}


class ThreadSafe {
    public final void method1(int loopNumber) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            method2(list);
            method3(list);
        }
    }

    public void method2(ArrayList<String> list) {
        list.add("1");
    }

    private void method3(ArrayList<String> list) {
        list.remove(0);
    }
}

运行结果:

分析：

list 是局部变量，每个线程调用时会创建其不同实例，没有共享
而 method2 的参数是从 method1 中传递过来的，与 method1 中引用同一个对象
method3 的参数分析与 method2 相同

图解:

1.4.3 局部变量–暴露引用

示例代码:

import java.util.ArrayList;

public class TestThreadSafe {

    static final int THREAD_NUMBER = 2;
    static final int LOOP_NUMBER = 200;

    public static void main(String[] args) {
        ThreadSafeSubClass test = new ThreadSafeSubClass();
        for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {
            new Thread(() -> {
                test.method1(LOOP_NUMBER);
            }, "Thread" + (i + 1)).start();
        }
    }
}

class ThreadSafe {
    public final void method1(int loopNumber) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            method2(list);
            method3(list);
        }
    }

    public void method2(ArrayList<String> list) {
        list.add("1");
    }

    public void method3(ArrayList<String> list) {
        System.out.println(1);
        list.remove(0);
    }
}

class ThreadSafeSubClass extends ThreadSafe {
    // 重写ThreadSafe的method3方法 在方法里面又开启一个线程去操作list
    @Override
    public void method3(ArrayList<String> list) {
        System.out.println(2);
        new Thread(() -> {
            list.remove(0);
        }).start();
    }
}