Java并发(十七)----变量的线程安全分析-编程知识

Java并发(十七)----变量的线程安全分析

1、成员变量和静态变量是否线程安全

如果它们没有共享，则线程安全
如果它们被共享了，根据它们的状态是否能够改变，又分两种情况
- 如果只有读操作，则线程安全
- 如果有读写操作，则这段代码是临界区，需要考虑线程安全

2、局部变量是否线程安全

局部变量是线程安全的
但局部变量引用的对象则未必
- 如果该对象没有逃离方法的作用访问，它是线程安全的
- 如果该对象逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全

3、局部变量线程安全分析

public static void test1() {int i = 10;i++;
}

每个线程调用 test1() 方法时局部变量 i，会在每个线程的栈帧内存中被创建多份，因此不存在共享

public static void test1();descriptor: ()Vflags: ACC_PUBLIC, ACC_STATICCode:stack=1, locals=1, args_size=00: bipush        102: istore_03: iinc          0, 16: returnLineNumberTable:line 10: 0line 11: 3line 12: 6LocalVariableTable:Start  Length  Slot  Name   Signature3       4     0     i   I

如图

局部变量的引用稍有不同，先看一个成员变量的例子

class ThreadUnsafe {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();public void method1(int loopNumber) {for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {// { 临界区, 会产生竞态条件method2();method3();// } 临界区}}
private void method2() {list.add("1");  // 访问的同一个成员变量list}
private void method3() {list.remove(0);// 访问的同一个成员变量list}
}

执行

static final int THREAD_NUMBER = 2;
static final int LOOP_NUMBER = 200;
public static void main(String[] args) {ThreadUnsafe test = new ThreadUnsafe();for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {new Thread(() -> {test.method1(LOOP_NUMBER);}, "Thread" + i).start();}
}

多运行几次就会发现，其中一种情况是，如果线程2 还未 add，线程1 remove 就会报错：

Exception in thread "Thread1" java.lang.IndexOutOfBoundsException: Index: 0, Size: 0at java.util.ArrayList.rangeCheck(ArrayList.java:657)at java.util.ArrayList.remove(ArrayList.java:496)at cn.itcast.n6.ThreadUnsafe.method3(TestThreadSafe.java:35)at cn.itcast.n6.ThreadUnsafe.method1(TestThreadSafe.java:26)at cn.itcast.n6.TestThreadSafe.lambda$main$0(TestThreadSafe.java:14)at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

分析：

无论哪个线程中的 method2 引用的都是同一个对象中的 list 成员变量
method3 与 method2 分析相同

将 list 修改为局部变量

class ThreadSafe {public final void method1(int loopNumber) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {method2(list);method3(list);}}
private void method2(ArrayList<String> list) {list.add("1");}
private void method3(ArrayList<String> list) {list.remove(0);}
}

那么就不会有上述问题了

分析：

list 是局部变量，每个线程调用时会创建其不同实例，没有共享
而 method2 的参数是从 method1 中传递过来的，与 method1 中引用同一个对象
method3 的参数分析与 method2 相同

方法访问修饰符带来的思考？

如果把 method2 和 method3 的方法修改为 public 会不会带来线程安全问题？

情况1：有其它线程调用 method2 和 method3
情况2：在情况1 的基础上，为 ThreadSafe 类添加子类，子类覆盖 method2 或 method3 方法，即

class ThreadSafe {public final void method1(int loopNumber) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {method2(list);method3(list);}}
private void method2(ArrayList<String> list) {list.add("1");}
private void method3(ArrayList<String> list) {list.remove(0);}
}

class ThreadSafeSubClass extends ThreadSafe{@Overridepublic void method3(ArrayList<String> list) {new Thread(() -> {list.remove(0);}).start();}
}

这样的话就会存在线程安全的问题。因为method3新开了一个线程，造成多个线程访问同一个共享资源，就会存在线程安全的问题。