關於Java語言中的線程安全問題

Java語言是一種支持多線程的語言，它通過同步(互斥)和協作(等待和喚醒)來完成。這裡聊聊同步。

線程不安全主要來自於類變量(靜態變量)和實例變量，前者位於方法區中，後者位於堆中，都是共享區域。局部變量是沒有這個問題的，因為它在線程獨有的棧中。先看下面的例子：

public class Test implements Runnable {  
 
    private int j;  
 
    public Test() {  
    }  
 
    public void testThreadLocal() {  
        System.out.println(Thread.currentThread().getId()  
                + ":============================= begin");  
        j = 2;  
        System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ":" + j);  
        j = 20;  
        System.out.println(":" + j * 3 + ":");   
        System.out.println(Thread.currentThread().getId()  
                + ":============================= end");  
    }  
 
    public static void main(String[] args) {  
        Test t = new Test();   
        for (int i = 0; i < 3000; i++) {  
            new Thread(t).start();  
        }  
    }  
 
    @Override 
    public void run() {  
        testThreadLocal();  
    }  
}  
 

執行這個類的main方法，會出現線程不安全的問題。上面藍色的語句，應該打印出：60：，但實際開了3000個線程(為了方便出現不安全的現象)後，會出現下面紅色的：6：

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

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

:6:

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

152:2

:60:

修改main方法，用多個Test對象，結果也是一樣。

public static void main(String[] args) {  
        Test t = new Test();   
        for (int i = 0; i < 3000; i++) {  
            new Thread(new Test() ).start();  
        }  
    }  
 

我們保留多個Test對象的做法，在testThreadLocal方法上加一個同步關鍵字。

public synchronized void testThreadLocal() 

結果沒有用，仍然是不安全的。改成一個Test對象，這下可以了。原因很簡單，synchronized通過在對象上加鎖來實現線程安全。當使用多個Test對象時，僅僅在this對象上加鎖是不行的，要在類(在Java中，類仍然通過一個特殊的Class對象來體現)上加鎖才行。所以改成：

public void testThreadLocal() {  
        synchronized (this.getClass()) {  
            System.out.println(Thread.currentThread().getId()  
                    + ":============================= begin");  
            j = 2;  
            System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ":" + j);  
            j = 20;  
            System.out.println(":" + j * 3 + ":");  
            System.out.println(Thread.currentThread().getId()  
                    + ":============================= end");  
        }   
    }  
 
   
 

這下可以了。我們再看使用類變量的情況，先把synchronized關鍵字去掉，恢復到最初的代碼，然後把實例變量改成類變量。

private int j;  
 
private static int j;  

實驗結果和使用實例變量基本相同，唯一的不同之處在於，我們可以這樣在類上加鎖了，注意，testThreadLocal方法被改成靜態方法。

public synchronized static void testThreadLocal() {  
 
        System.out.println(Thread.currentThread().getId()  
                + ":============================= begin");  
        j = 2;  
        System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ":" + j);  
        j = 20;  
        System.out.println(":" + j * 3 + ":");  
        System.out.println(Thread.currentThread().getId()  
                + ":============================= end");  
 
    }  
 

從上面的例子看到，我們使用類變量和實例變量的時候，都要非常小心，在多線程的環境下，很容易出現線程不安全的情況。上面我們還僅僅以基本類型int為例，如果是其他復雜類型，甚至像long這種在賦值時要兩次原子操作的基本數據類型，線程不安全的情況還要隱秘一些。