变量和线程安全

2023-10-20 12:33:34

　　最近在看spring，发现spring对bean scope的管理与struts2不同，直接体现在spring Controller默认是singleton而struts2的Action是prototype，了解到两大框架这样设计的原因是与多线程安全有关。简而言之Struts2的参数都绑定在类中的属性上，为了保证线程安全，必须每个请求都会创建一个Action实例，所以scope是prototype。而在SpringMVC中，所有请求共享一个Controller实例，参数绑定在Controller的方法里，相当于局部变量，故scope设置成singleton不会有问题。

　　由此延伸，做了些关于变量类型与线程安全的思考，参考网上已有资料，做了些测试，发现除了ThreadLocal和局部变量安全以外，静态和实例变量都是不安全的。现在就一个个来说。

首先来看静态变量（类变量）：

 1 package org.thread;
 2 /**
 3  * 静态变量不安全
 4  * @author winkey
 5  *
 6  */
 7 public class StaticVar {
 8 
 9     public static void main(String[] args) {
10         Runnable accumelatora = new Accumulatort();  
11         Thread threada = new Thread(accumelatora, "ThreadA");  
12         Thread threadb = new Thread(accumelatora, "ThreadB");  
13         threada.start();  
14         threadb.start(); 
15     }
16 
17 }
18 
19 class Accumulatort implements Runnable {  
20     // 静态变量  
21     private static int local = 0;  
22     @SuppressWarnings("unchecked")  
23     public void run() {  
24          // 静态变量  
25         for (int i = 0; i <= 10; i++) {  
26             local += 1;  
27             try {  
28                 Thread.sleep(500);  
29             } catch (Exception e) {  
30             }  
31             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->"  
32                     + local);  
33         }  
34     }  
35 }

运行后看控制台输出，很容就发现有时候某线程使用变量时已经被另一个线程修改了。

因为静态变量是静态存储方式，所谓静态存储方式是指在程序运行期间分配固定的存储空间的方式。也就是说不管多少线程，访问都是一个变量，安全问题显而易见。

再说说实例变量：

 1 package org.thread;
 2 /**
 3  * 当scope=singleton时，实例变量也不安全
 4  * @author winkey
 5  *
 6  */
 7 public class InstanceVar {
 8 
 9     public static void main(String[] args) {
10         Runnable accumelatora = new Accumulatort2();  
11         Thread threada = new Thread(accumelatora, "ThreadA");  
12         Thread threadb = new Thread(accumelatora, "ThreadB");  
13         threada.start();  
14         threadb.start();  
15     }
16 
17 }
18 
19 class Accumulatort2 implements Runnable {  
20     // 实例变量  
21     int locals = 0;  
22     @SuppressWarnings("unchecked")  
23     public void run() {  
24         for (int i = 0; i <= 10; i++) {  
25             locals += 1;  
26             try {  
27                 Thread.sleep(1000);  
28             } catch (Exception e) {  
29             }  
30             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->"  
31                     + locals);  
32         }  
33     }  
34 }

也许你觉得这会安全，但是运行后安全问题你会马上发现。结果与static情况相同

实例变量为对象实例私有，在java虚拟机的堆中分配，如果在系统中只存在一个此对象的实例，在多线程环境下，就像静态变量那样，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，所以线程安全。而上面我们虽然是两个线程，但是对象却是一个，所以不是你想想中的安全了。

局部变量：

 1 package org.thread;
 2 /**
 3  * 局部变量安全
 4  * @author winkey
 5  *
 6  */
 7 public class LocalVar {
 8 
 9     public static void main(String[] args) {
10         Runnable accumelatora = new Accumulatort3();
11         Thread threada = new Thread(accumelatora, "ThreadA");
12         Thread threadb = new Thread(accumelatora, "ThreadB");
13         threada.start();
14         threadb.start();
15     }
16 
17 }
18 
19 class Accumulatort3 implements Runnable {
20     @SuppressWarnings("unchecked")
21     public void run() {
22         // 局部变量
23         int locals = 0;
24         for (int i = 0; i <= 10; i++) {
25             locals += 1;
26             try {
27                 Thread.sleep(1000);
28             } catch (Exception e) {
29             }
30             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->"
31                     + locals);
32         }
33     }
34 }

不行你就多运行几遍，没事的，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，所以没有安全问题。

一般多线程编程时最会想到的是ThreadLocal：

ThreadLocal使用场合主要解决多线程中数据数据因并发产生不一致问题。ThreadLocal为每个线程的中并发访问的数据提供一个副本，通过访问副本来运行业务，这样的结果是耗费了内存，单大大减少了线程同步所带来性能消耗，也减少了线程并发控制的复杂度。

该类提供了线程局部 (thread-local) 变量。这些变量不同于它们的普通对应物，因为访问某个变量（通过其 get 或 set 方法）的每个线程都有自己的局部变量，它独立于变量的初始化副本。ThreadLocal 实例通常是类中的 private static 字段，它们希望将状态与某一个线程（例如，用户 ID 或事务 ID）相关联。

 1 package org.thread;
 2 
 3 public class ThreadLocalVar {
 4     // 线程安全变量  
 5     @SuppressWarnings("unchecked")  
 6     public static ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();  
 7   
 8     public static void main(String[] args) {  
 9         Runnable accumelatora = new Accumulatort4();  
10         Thread threada = new Thread(accumelatora, "ThreadA");  
11         Thread threadb = new Thread(accumelatora, "ThreadB");  
12         threada.start();  
13         threadb.start();  
14     } 
15 
16 }
17 
18 class Accumulatort4 implements Runnable {  
19     @SuppressWarnings("unchecked")  
20     public void run() {  
21         // 测试线程安全  
22         ThreadLocal threadLocal = ThreadLocalVar.threadLocal;  
23         for (int i = 1; i <= 10; i++) {  
24             if (threadLocal.get() == null)  
25                 threadLocal.set(new Integer(0));  
26             int x = ((Integer) threadLocal.get()).intValue();  
27             x += 1;  
28             threadLocal.set(new Integer(x));  
29             try {  
30                 Thread.sleep(1000);  
31             } catch (InterruptedException e) {  
32             }  
33             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->"  
34                     + ((Integer) threadLocal.get()).intValue());  
35         }  
36     }  
37 }

上面的代码其实每个线程都会有自己的变量副本，所以也不会有安全问题的。

至于它和synchronized的区别，虽然都是为了线程安全，但是却又本质的区别。

synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本，使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。而Synchronized却正好相反，它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。Synchronized用于线程间的数据共享，而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离。当然ThreadLocal并不能替代synchronized,它们处理不同的问题域。synchronized是用来处理多线程环境下的数据同步,而ThreadLocal只是为了保存当前线程私有的某种状态。

变量和线程安全

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