Java线程安全问题之静态成员变量、实例成员变量、局部变量

• 静态成员变量：线程非安全（无论单例或者非单例皆不安全）。
  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。
• 实例成员变量：单例模式（只有一个对象实例singleton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heap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，springmvc controller是单例的，非线程安全的）；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（如，struts2 action默认是非单例的，每次请求在heap中new新的action实例，故struts2 action可以用实例成员变量）。
• 局部变量：线程安全（线程封闭性Thread Confinement）。
  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。

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上述所有的变量均指，共享的（Shared）和可变的（Mutable，进行了'read''write'操作）状态变量，只有对这样的变量讨论线程安全才有意义，所有实际上上述的“局部变量”一定是线程安全的，因为其不是共享的（Not Shared），至于非状态变量，毫无疑问，是线程安全的。

1、静态成员变量

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*2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_i2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_i2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。

2、实例成员变量

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*2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_i2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_i2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。