4.4 变量的线程安全分析
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
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
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: ()V flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=1, locals=1, args_size=0 0: bipush 10 2: istore_0 3: iinc 0, 1 6: return LineNumberTable: line 10: 0 line 11: 3 line 12: 6 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 3 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"); } private void method3() { list.remove(0); } }
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(); } }
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: 0 at 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 会不会代理线程安全问题？
- 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，
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{ @Override public void method3(ArrayList<String> list) { new Thread(() -> { list.remove(0); }).start(); } }
从这个例子可以看出 private 或 final 提供【安全】的意义所在，请体会开闭原则中的【闭】
