对Java线程安全与不安全的理解

当我们查看JDK API的时候，总会发现一些类说明写着，线程安全或者线程不安全，比如说到StringBuilder中，有这么一句，“将StringBuilder 的实例用于多个线程是不安全的。如果需要这样的同步，则建议使用StringBuffer。”，提到StringBuffer时，说到“StringBuffer是线程安全的可变字符序列，一个类似于String的字符串缓冲区，虽然在任意时间点上它都包含某种特定的字符序列，但通过某些方法调用可以改变该序列的长度和内容。可将字符串缓冲区安全地用于多个线程。可以在必要时对这些方法进行同步，因此任意特定实例上的所有操作就好像是以串行顺序发生的，该顺序与所涉及的每个线程进行的方法调用顺序一致”。StringBuilder是一个可变的字符序列，此类提供一个与StringBuffe兼容的API，但不保证同步。该类被设计用作StringBuffer的一个简易替换，用在字符串缓冲区被单个线程使用的时候（这种情况很普遍）。如果可能，建议优先采用该类，因为在大多数实现中，它比StringBuffer要快。将StringBuilder的实例用于多个线程是不安全的，如果需要这样的同步，则建议使用StringBuffer。

根据以上JDK文档中对StringBuffer和StringBuilder的描述，得到对String、StringBuilder与StringBuffer三者使用情况的总结：
　　 1、如果要操作少量的数据用String
　　 2、单线程操作字符串缓冲区下操作大量数据StringBuilder
　　 3、多线程操作字符串缓冲区下操作大量数据StringBuffer

那么下面手动创建一个线程不安全的类，然后在多线程中使用这个类，看看有什么效果。

public class Count {  
    private int num;  
    public void count() {  
        for(int i = 1; i <= 10; i++) {  
            num += i;  
        }  
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-" + num);  
    }  
}  

在这个类中的count方法计算1一直加到10的和，并输出当前线程名和总和，我们期望的是每个线程都会输出55。

public class ThreadTest {  
    public static void main(String[] args) {  
        Runnable runnable = new Runnable() {  
            Count count = new Count();  
            public void run() {  
                count.count();  
            }  
        };  

        for(int i = 0; i < 10; i++) {  
            new Thread(runnable).start();  
        }  
    }  
} 

这里启动了10个线程，看一下输出结果：

Thread-0-55  
Thread-1-110  
Thread-2-165  
Thread-4-220  
Thread-5-275  
Thread-6-330  
Thread-3-385  
Thread-7-440  
Thread-8-495  
Thread-9-550  

只有Thread-0线程输出的结果是我们期望的，而输出的是每次都累加的，要想得到我们期望的结果，有几种解决方案：

1、将Count类中的成员变量num变成count方法的局部变量；

public class Count {  
    public void count() {  
        int num = 0;  
        for(int i = 1; i <= 10; i++) {  
            num += i;  
        }  
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ”-“ + num);  
    }  
}  

2、将线程类成员变量拿到run方法中，这时count引用是线程内的局部变量；

public class ThreadTest4 {  
    public static void main(String[] args) {  
        Runnable runnable = new Runnable() {  
            public void run() {  
                Count count = new Count();  
                count.count();  
            }  
        };  
        for(int i = 0; i < 10; i++) {  
            new Thread(runnable).start();  
        }  
    }  
}   

3、每次启动一个线程使用不同的线程类，不推荐。

通过上述测试，我们发现，存在成员变量的类用于多线程时是不安全的，不安全体现在这个成员变量可能发生非原子性的操作，而变量定义在方法内也就是局部变量是线程安全的。想想在使用struts1时，不推荐创建成员变量，因为action是单例的，如果创建了成员变量，就会存在线程不安全的隐患，而struts2是每一次请求都会创建一个action，就不用考虑线程安全的问题。所以，日常开发中，通常需要考虑成员变量或者说全局变量在多线程环境下，是否会引发一些问题。

要说明线程同步问题首先要说明Java线程的两个特性，可见性和有序性。

多个线程之间是不能直接传递数据进行交互的，它们之间的交互只能通过共享变量来实现。拿上面的例子来说明，在多个线程之间共享了Count类的一个实例，这个对象是被创建在主内存（堆内存）中，每个线程都有自己的工作内存（线程栈），工作内存存储了主内存count对象的一个副本，当线程操作count对象时，首先从主内存复制count对象到工作内存中，然后执行代码count.count()，改变了num值，最后用工作内存中的count刷新主内存的 count。当一个对象在多个工作内存中都存在副本时，如果一个工作内存刷新了主内存中的共享变量，其它线程也应该能够看到被修改后的值，此为可见性。

多个线程执行时，CPU对线程的调度是随机的，我们不知道当前程序被执行到哪步就切换到了下一个线程，一个最经典的例子就是银行汇款问题，一个银行账户存款100，这时一个人从该账户取10元，同时另一个人向该账户汇10元，那么余额应该还是100。那么此时可能发生这种情况，A线程负责取款，B线程负责汇款，A从主内存读到100，B从主内存读到100，A执行减10操作，并将数据刷新到主内存，这时主内存数据100-10=90，而B内存执行加10操作，并将数据刷新到主内存，最后主内存数据100+10=110，显然这是一个严重的问题，我们要保证A线程和B线程有序执行，先取款后汇款或者先汇款后取款，此为有序性。

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作者：fuzhongmin05
来源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/fuzhongmin05/article/details/59110866?utm_source=copy
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