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java线程安全问题之静态变量、实例变量、局部变量

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作者 正文
   发表时间:2011-04-18   最后修改:2011-04-18

       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:

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

/** 
  * 线程安全问题模拟执行 
  *  ------------------------------ 
  *       线程1      |    线程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;//静态变量 
    
    public void run()
    {
        static_i = 4;
        System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()
                + "]获取static_i 的值:" + static_i);
        static_i = 10;
        System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()
                + "]获取static_i*3的值:" + static_i * 2);
    }
    
    public static void main(String[] args)
    {
        Test t = new Test();
        //启动尽量多的线程才能很容易的模拟问题 
        for (int i = 0; i < 3000; i++)
        {
            //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 
            new Thread(t, "线程" + i).start();
        }
    }
}

 

 

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:

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

public class Test implements Runnable
{
    private int instance_i;//实例变量
    
    public void run()
    {
        instance_i = 4;
        System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()
                + "]获取instance_i 的值:" + instance_i);
        instance_i = 10;
        System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()
                + "]获取instance_i*3的值:" + instance_i * 2);
    }
    
    public static void main(String[] args)
    {
        Test t = new Test();
        //启动尽量多的线程才能很容易的模拟问题 
        for (int i = 0; i < 3000; i++)
        {
            //每个线程对在对象t中运行,模拟单例情况
            new Thread(t, "线程" + i).start();
        }
    }
}

 

 

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:

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

 

public class Test implements Runnable
{
    public void run()
    {
        int local_i = 4;
        System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()
                + "]获取local_i 的值:" + local_i);
        local_i = 10;
        System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()
                + "]获取local_i*2的值:" + local_i * 2);
    }
    
    public static void main(String[] args)
    {
        Test t = new Test();
        //启动尽量多的线程才能很容易的模拟问题
        for (int i = 0; i < 3000; i++)
        {
            //每个线程对在对象t中运行,模拟单例情况 
            new Thread(t, "线程" + i).start();
        }
    }
}

 

 

控制台没有出现异常数据。

 

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

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。

 

 

   发表时间:2011-04-18  
iteye的编辑器太差了,唉
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   发表时间:2011-11-07   最后修改:2011-11-07
总结得很好,楼主知道类变量在方法区分配,对于多例情况也需要考虑线程安全。说明楼主对jvm也理解得不错了。不过你举的类变量的例子还是单例的吧,应该把Test t = new Test();放在循环里面。
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