Java線程安全與非線程安全解析

發(fā)布時間：2020-09-19 14:35:53 來源：腳本之家閱讀：168 作者：CoolRandy 欄目：編程語言

ArrayList和Vector有什么區(qū)別？HashMap和HashTable有什么區(qū)別？StringBuilder和StringBuffer有什么區(qū)別？這些都是Java面試中常見的基礎(chǔ)問題。面對這樣的問題，回答是：ArrayList是非線程安全的，Vector是線程安全的；HashMap是非線程安全的，HashTable是線程安全的；StringBuilder是非線程安全的，StringBuffer是線程安全的。因為這是昨晚剛背的《Java面試題大全》上面寫的。此時如果繼續(xù)問：什么是線程安全？線程安全和非線程安全有什么區(qū)別？分別在什么情況下使用？這樣一連串的問題，一口老血就噴出來了…

非線程安全的現(xiàn)象模擬

這里就使用ArrayList和Vector二者來說明。

下面的代碼，在主線程中new了一個非線程安全的ArrayList，然后開1000個線程分別向這個ArrayList里面添加元素，每個線程添加100個元素，等所有線程執(zhí)行完成后，這個ArrayList的size應(yīng)該是多少？應(yīng)該是100000個？

public class Main 
{ 
  public static void main(String[] args) 
  { 
    // 進行10次測試 
    for(int i = 0; i < 10; i++) 
    { 
      test(); 
    } 
  } 
  public static void test() 
  { 
    // 用來測試的List 
    List<Object> list = new ArrayList<Object>(); 
    // 線程數(shù)量(1000) 
    int threadCount = 1000; 
    // 用來讓主線程等待threadCount個子線程執(zhí)行完畢 
    CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount); 
    // 啟動threadCount個子線程 
    for(int i = 0; i < threadCount; i++) 
    { 
      Thread thread = new Thread(new MyThread(list, countDownLatch)); 
      thread.start(); 
    } 
    try 
    { 
      // 主線程等待所有子線程執(zhí)行完成，再向下執(zhí)行 
      countDownLatch.await(); 
    } 
    catch (InterruptedException e) 
    { 
      e.printStackTrace(); 
    } 
    // List的size 
    System.out.println(list.size()); 
  } 
} 
class MyThread implements Runnable 
{ 
  private List<Object> list; 
  private CountDownLatch countDownLatch; 
  public MyThread(List<Object> list, CountDownLatch countDownLatch) 
  { 
    this.list = list; 
    this.countDownLatch = countDownLatch; 
  } 
  public void run() 
  { 
    // 每個線程向List中添加100個元素 
    for(int i = 0; i < 100; i++) 
    { 
      list.add(new Object()); 
    } 
    // 完成一個子線程 
    countDownLatch.countDown(); 
  } 
}

上面進行了10次測試（為什么要測試10次？因為非線程安全并不是每次都會導(dǎo)致問題）。

輸出結(jié)果：

上面的輸出結(jié)果發(fā)現(xiàn)，并不是每次測試結(jié)果都是100000，有好幾次測試最后ArrayList的size小于100000，甚至?xí)r不時會拋出個IndexOutOfBoundsException異常。（如果沒有這個現(xiàn)象可以多試幾次）

這就是非線程安全帶來的問題了。上面的代碼如果用于生產(chǎn)環(huán)境，就會有隱患就會有BUG了。

再用線程安全的Vector來進行測試，上面代碼改變一處，test()方法中

List<Object> list = new ArrayList<Object>();

改成

List<Object> list = new Vector<Object>();

再運行程序。

輸出結(jié)果：

再多跑幾次，發(fā)現(xiàn)都是100000，沒有任何問題。因為Vector是線程安全的，在多線程操作同一個Vector對象時，不會有任何問題。

再換成LinkedList試試，同樣還會出現(xiàn)ArrayList類似的問題，因為LinkedList也是非線程安全的。

二者如何取舍

非線程安全是指多線程操作同一個對象可能會出現(xiàn)問題。而線程安全則是多線程操作同一個對象不會有問題。

線程安全必須要使用很多synchronized關(guān)鍵字來同步控制，所以必然會導(dǎo)致性能的降低。

所以在使用的時候，如果是多個線程操作同一個對象，那么使用線程安全的Vector；否則，就使用效率更高的ArrayList。

非線程安全!=不安全

有人在使用過程中有一個不正確的觀點：我的程序是多線程的，不能使用ArrayList要使用Vector，這樣才安全。

非線程安全并不是多線程環(huán)境下就不能使用。注意我上面有說到：多線程操作同一個對象。注意是同一個對象。比如最上面那個模擬，就是在主線程中new的一個ArrayList然后多個線程操作同一個ArrayList對象。

如果是每個線程中new一個ArrayList，而這個ArrayList只在這一個線程中使用，那么肯定是沒問題的。

線程安全的實現(xiàn)

線程安全是通過線程同步控制來實現(xiàn)的，也就是synchronized關(guān)鍵字。

在這里，我用代碼分別實現(xiàn)了一個非線程安全的計數(shù)器和線程安全的計數(shù)器Counter，并對他們分別進行了多線程測試。

非線程安全的計數(shù)器：

public class Main 
{ 
  public static void main(String[] args) 
  { 
    // 進行10次測試 
    for(int i = 0; i < 10; i++) 
    { 
      test(); 
    } 
  } 
  public static void test() 
  { 
    // 計數(shù)器 
    Counter counter = new Counter(); 
    // 線程數(shù)量(1000) 
    int threadCount = 1000; 
    // 用來讓主線程等待threadCount個子線程執(zhí)行完畢 
    CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount); 
    // 啟動threadCount個子線程 
    for(int i = 0; i < threadCount; i++) 
    { 
      Thread thread = new Thread(new MyThread(counter, countDownLatch)); 
      thread.start(); 
    } 
    try 
    { 
      // 主線程等待所有子線程執(zhí)行完成，再向下執(zhí)行 
      countDownLatch.await(); 
    } 
    catch (InterruptedException e) 
    { 
      e.printStackTrace(); 
    } 
    // 計數(shù)器的值 
    System.out.println(counter.getCount()); 
  } 
} 
class MyThread implements Runnable 
{ 
  private Counter counter; 
  private CountDownLatch countDownLatch; 
  public MyThread(Counter counter, CountDownLatch countDownLatch) 
  { 
    this.counter = counter; 
    this.countDownLatch = countDownLatch; 
  } 
  public void run() 
  { 
    // 每個線程向Counter中進行10000次累加 
    for(int i = 0; i < 10000; i++) 
    { 
      counter.addCount(); 
    } 
    // 完成一個子線程 
    countDownLatch.countDown(); 
  } 
} 
class Counter 
{ 
  private int count = 0; 
  public int getCount() 
  { 
    return count; 
  } 
  public void addCount() 
  { 
    count++; 
  } 
}

上面的測試代碼中，開啟1000個線程，每個線程對計數(shù)器進行10000次累加，最終輸出結(jié)果應(yīng)該是10000000。

但是上面代碼中的Counter未進行同步控制，所以非線程安全。

輸出結(jié)果：

稍加修改，把Counter改成線程安全的計數(shù)器：

class Counter 
{ 
  private int count = 0; 
  public int getCount() 
  { 
    return count; 
  } 
  public synchronized void addCount() 
  { 
    count++; 
  } 
}

上面只是在addCount()方法中加上了synchronized同步控制，就成為一個線程安全的計數(shù)器了。再執(zhí)行程序。

輸出結(jié)果：

總結(jié)

以上就是本文關(guān)于Java線程安全與非線程安全解析的全部內(nèi)容，希望對大家有所幫助。感興趣的朋友可以參閱：Java線程安全基礎(chǔ)概念解析、Java多線程ForkJoinPool實例詳解、淺談Java多線程處理中Future的妙用（附源碼）等，有什么問題可以隨時留言，歡迎大家交流討論。

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