java线程安全问题之静态变量、实例变量、局部变量

  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。

 

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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。