关于Java语言中的线程安全问题

Java语言是一种支持多线程的语言,它通过同步(互斥)和协作(等待和唤醒)来完成。这里聊聊同步。

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线程不安全主要来自于类变量(静态变量)和实例变量,前者位于方法区中,后者位于堆中,都是共享区域。局部变量是没有这个问题的,因为它在线程独有的栈中。先看下面的例子:

 
 
 
  1. public class Test implements Runnable {  
  2.  
  3.     private int j;  
  4.  
  5.     public Test() {  
  6.     }  
  7.  
  8.     public void testThreadLocal() {  
  9.         System.out.println(Thread.currentThread().getId()  
  10.                 + ":============================= begin");  
  11.         j = 2;  
  12.         System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ":" + j);  
  13.         j = 20;  
  14.         System.out.println(":" + j * 3 + ":");   
  15.         System.out.println(Thread.currentThread().getId()  
  16.                 + ":============================= end");  
  17.     }  
  18.  
  19.     public static void main(String[] args) {  
  20.         Test t = new Test();   
  21.         for (int i = 0; i < 3000; i++) {  
  22.             new Thread(t).start();  
  23.         }  
  24.     }  
  25.  
  26.     @Override 
  27.     public void run() {  
  28.         testThreadLocal();  
  29.     }  
  30. }  
  31.  

执行这个类的main方法,会出现线程不安全的问题。上面蓝色的语句,应该打印出:60:,但实际开了3000个线程(为了方便出现不安全的现象)后,会出现下面红色的:6:

655:============================= end

49:============================= end

:6:

156:============================= end

152:2

:60:

修改main方法,用多个Test对象,结果也是一样。

 
 
 
  1. public static void main(String[] args) {  
  2.         Test t = new Test();   
  3.         for (int i = 0; i < 3000; i++) {  
  4.             new Thread(new Test() ).start();  
  5.         }  
  6.     }  
  7.  

我们保留多个Test对象的做法,在testThreadLocal方法上加一个同步关键字。

 
 
 
  1. public synchronized void testThreadLocal() 

结果没有用,仍然是不安全的。改成一个Test对象,这下可以了。原因很简单,synchronized通过在对象上加锁来实现线程安全。当使用多个Test对象时,仅仅在this对象上加锁是不行的,要在类(在java中,类仍然通过一个特殊的Class对象来体现)上加锁才行。所以改成:

 
 
 
  1. public void testThreadLocal() {  
  2.         synchronized (this.getClass()) {  
  3.             System.out.println(Thread.currentThread().getId()  
  4.                     + ":============================= begin");  
  5.             j = 2;  
  6.             System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ":" + j);  
  7.             j = 20;  
  8.             System.out.println(":" + j * 3 + ":");  
  9.             System.out.println(Thread.currentThread().getId()  
  10.                     + ":============================= end");  
  11.         }   
  12.     }  
  13.  
  14.    
  15.  

这下可以了。我们再看使用类变量的情况,先把synchronized关键字去掉,恢复到最初的代码,然后把实例变量改成类变量。

 
 
 
  1. private int j;  
  2.  
  3. private static int j;  

实验结果和使用实例变量基本相同,***的不同之处在于,我们可以这样在类上加锁了,注意,testThreadLocal方法被改成静态方法。

 
 
 
  1. public synchronized static void testThreadLocal() {  
  2.  
  3.         System.out.println(Thread.currentThread().getId()  
  4.                 + ":============================= begin");  
  5.         j = 2;  
  6.         System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ":" + j);  
  7.         j = 20;  
  8.         System.out.println(":" + j * 3 + ":");  
  9.         System.out.println(Thread.currentThread().getId()  
  10.                 + ":============================= end");  
  11.  
  12.     }  
  13.  

从上面的例子看到,我们使用类变量和实例变量的时候,都要非常小心,在多线程的环境下,很容易出现线程不安全的情况。上面我们还仅仅以基本类型int为例,如果是其他复杂类型,甚至像long这种在赋值时要两次原子操作的基本数据类型,线程不安全的情况还要隐秘一些。

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