java線程安全問題之靜態變量、實例變量、局部變量

 java多線程編程中，存在很多線程安全問題，至於什么是線程安全呢，給出一個通俗易懂的概念還是蠻難的，如同《java並發編程實踐》中所說：

寫道

給線程安全下定義比較困難。存在很多種定義，如：“一個類在可以被多個線程安全調用時就是線程安全的”。 

 

靜態變量：線程非安全。

靜態變量即類變量，位於方法區，為所有對象共享，共享一份內存，一旦靜態變量被修改，其他對象均對修改可見，故線程非安全。

 

實例變量：單例模式（只有一個對象實例存在）線程非安全，非單例線程安全。

實例變量為對象實例私有，在虛擬機的堆中分配，若在系統中只存在一個此對象的實例，在多線程環境下，“猶如”靜態變量那樣，被某個線程修改后，其他線程對修改均可見，故線程非安全；如果每個線程執行都是在不同的對象中，那對象與對象之間的實例變量的修改將互不影響，故線程安全。

 

局部變量：線程安全。

每個線程執行時將會把局部變量放在各自棧幀的工作內存中，線程間不共享，故不存在線程安全問題。

 

靜態變量線程安全問題模擬：

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

/**  
  * 線程安全問題模擬執行  
  *  ------------------------------  
  *       線程1      |    線程2  
  *  ------------------------------  
  *   static_i = 4;  | 等待  
  *   static_i = 10; | 等待  
  *    等待          | static_i = 4;  
  *   static_i * 2;  | 等待  
  *  ----------------------------- 
 * */  
public class Test implements Runnable  
{  
    private static int static_i;//靜態變量   
      
    public void run()  
    {  
        static_i = 4;  
        System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
                + "]獲取static_i 的值:" + static_i);  
        static_i = 10;  
        System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
                + "]獲取static_i*3的值:" + static_i * 2);  
    }  
      
    public static void main(String[] args)  
    {  
        Test t = new Test();  
        //啟動盡量多的線程才能很容易的模擬問題   
        for (int i = 0; i < 3000; i++)  
        {  
            //t可以換成new Test(),保證每個線程都在不同的對象中執行，結果一樣   
            new Thread(t, "線程" + i).start();  
        }  
    }  
}  

 

 

根據代碼注釋中模擬的情況，當線程1執行了static_i = 4;  static_i = 10; 后，線程2獲得執行權，static_i = 4; 然后當線程1獲得執行權執行static_i * 2;  必然輸出結果4*2=8，按照這個模擬，我們可能會在控制台看到輸出為8的結果。

寫道

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

 看紅色標注的部分，確實出現了我們的預想，同樣也證明了我們的結論。

 

實例變量線程安全問題模擬：

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

public class Test implements Runnable  
{  
    private int instance_i;//實例變量  
      
    public void run()  
    {  
        instance_i = 4;  
        System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
                + "]獲取instance_i 的值:" + instance_i);  
        instance_i = 10;  
        System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
                + "]獲取instance_i*3的值:" + instance_i * 2);  
    }  
      
    public static void main(String[] args)  
    {  
        Test t = new Test();  
        //啟動盡量多的線程才能很容易的模擬問題   
        for (int i = 0; i < 3000; i++)  
        {  
            //每個線程對在對象t中運行，模擬單例情況  
            new Thread(t, "線程" + i).start();  
        }  
    }  
}  

按照本文開頭的分析，猶如靜態變量那樣，每個線程都在修改同一個對象的實例變量，肯定會出現線程安全問題。

寫道

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

看紅色字體，可知單例情況下，實例變量線程非安全。

 

將new Thread(t, "線程" + i).start();改成new Thread(new Test(), "線程" + i).start();模擬非單例情況，會發現不存在線程安全問題。

 

 

局部變量線程安全問題模擬：

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

public class Test implements Runnable  
{  
    public void run()  
    {  
        int local_i = 4;  
        System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
                + "]獲取local_i 的值:" + local_i);  
        local_i = 10;  
        System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
                + "]獲取local_i*2的值:" + local_i * 2);  
    }  
      
    public static void main(String[] args)  
    {  
        Test t = new Test();  
        //啟動盡量多的線程才能很容易的模擬問題  
        for (int i = 0; i < 3000; i++)  
        {  
            //每個線程對在對象t中運行，模擬單例情況   
            new Thread(t, "線程" + i).start();  
        }  
    }  
}  

控制台沒有出現異常數據。

 

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以上只是通過簡單的實例來展示靜態變量、實例變量、局部變量等的線程安全問題，

並未進行底層的分析，下一篇將對線程問題的底層進行剖析。

 

 

靜態方法是線程安全的

先看一個類
public class  Test{
  public static  String hello(String str){
      String tmp="";
      tmp  =  tmp+str;
      return tmp;
  }
}
hello方法會不會有多線程安全問題呢？沒有！！
靜態方法如果沒有使用靜態變量，則沒有線程安全問題。
為什么呢？因為靜態方法內聲明的變量，每個線程調用時，都會新創建一份，而不會共用一個存儲單元。比如這里的tmp,每個線程都會創建自己的一份，因此不會有線程安全問題
 
注意，靜態變量，由於是在類加載時占用一個存儲區，每個線程都是共用這個存儲區的，所以如果在靜態方法里使用了靜態變量，這就會有線程安全問題！
總結：只要方法內含有靜態變量，就是非線程安全的