Java中的非线程安全和线程安全举例说明

转载出处：https://blog.csdn.net/xiao__gui/article/details/8934832
原文作者：https://blog.csdn.net/xiao__gui


本文对原文一些函数增加了一些解释，读者更容易理解非线程安全和线程安全的区别。
下面是解释：
线程安全就是多线程访问时，采用了加锁机制，当一个线程访问该类的某个数据时，进行保护，其他线程不能进行访问直到该线程读取完，其他线程才可使用。不会出现数据不一致或者数据污染。


线程不安全就是不提供数据访问保护，有可能出现多个线程先后更改数据造成所得到的数据是脏数据


CountDownLatch是一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。
主要方法：
await(); // 使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待
countDown(); // 递减锁存器的计数，如果计数到达零，则释放所有等待的线程

ArrayList和Vector有什么区别？HashMap和HashTable有什么区别？StringBuilder和StringBuffer有什么区别？这些都是Java面试中常见的基础问题。面对这样的问题，回答是：ArrayList是非线程安全的，Vector是线程安全的；HashMap是非线程安全的，HashTable是线程安全的；StringBuilder是非线程安全的，StringBuffer是线程安全的。因为这是昨晚刚背的《Java面试题大全》上面写的。此时如果继续问：什么是线程安全？线程安全和非线程安全有什么区别？分别在什么情况下使用？这样一连串的问题，一口老血就喷出来了…

非线程安全的现象模拟

这里就使用ArrayList和Vector二者来说明。

下面的代码，在主线程中new了一个非线程安全的ArrayList，然后开1000个线程分别向这个ArrayList里面添加元素，每个线程添加100个元素，等所有线程执行完成后，这个ArrayList的size应该是多少？应该是100000个？

[java] view plain copy

print ?

1. public class Main  
2. {  
3.     public static void main(String[] args)  
4.     {  
5.         // 进行10次测试  
6.         for(int i = 0; i < 10; i++)  
7.         {  
8.             test();  
9.         }  
10.     }  
11.       
12.     public static void test()  
13.     {  
14.         // 用来测试的List  
15.         List<Object> list = new ArrayList<Object>();  
16.           
17.         // 线程数量(1000)  
18.         int threadCount = 1000;  
19.           
20.         // 用来让主线程等待threadCount个子线程执行完毕  
21.         CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount);  
22.           
23.         // 启动threadCount个子线程  
24.         for(int i = 0; i < threadCount; i++)  
25.         {  
26.             Thread thread = new Thread(new MyThread(list, countDownLatch));  
27.             thread.start();  
28.         }  
29.           
30.         try  
31.         {  
32.             // 主线程等待所有子线程执行完成，再向下执行  
33.             countDownLatch.await();  
34.         }  
35.         catch (InterruptedException e)  
36.         {  
37.             e.printStackTrace();  
38.         }  
39.           
40.         // List的size  
41.         System.out.println(list.size());  
42.     }  
43. }  
44.   
45. class MyThread implements Runnable  
46. {  
47.     private List<Object> list;  
48.       
49.     private CountDownLatch countDownLatch;  
50.       
51.     public MyThread(List<Object> list, CountDownLatch countDownLatch)  
52.     {  
53.         this.list = list;  
54.         this.countDownLatch = countDownLatch;  
55.     }  
56.       
57.     public void run()  
58.     {  
59.         // 每个线程向List中添加100个元素  
60.         for(int i = 0; i < 100; i++)  
61.         {  
62.             list.add(new Object());  
63.         }  
64.           
65.         // 完成一个子线程  
66.         countDownLatch.countDown();  
67.     }  
68. }  

public class Main
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 进行10次测试
        for(int i = 0; i < 10; i++)
        {
            test();
        }
    }

    public static void test()
    {
        // 用来测试的List
        List<Object> list = new ArrayList<Object>();

        // 线程数量(1000)
        int threadCount = 1000;

        // 用来让主线程等待threadCount个子线程执行完毕
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount);

        // 启动threadCount个子线程
        for(int i = 0; i < threadCount; i++)
        {
            Thread thread = new Thread(new MyThread(list, countDownLatch));
            thread.start();
        }

        try
        {
            // 主线程等待所有子线程执行完成，再向下执行
            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()
    {
        // 每个线程向List中添加100个元素
        for(int i = 0; i < 100; i++)
        {
            list.add(new Object());
        }

        // 完成一个子线程
        countDownLatch.countDown();
    }
}

上面进行了10次测试（为什么要测试10次？因为非线程安全并不是每次都会导致问题）。

输出结果：

99946

100000

100000

100000

99998

99959

100000

99975

100000

99996

上面的输出结果发现，并不是每次测试结果都是100000，有好几次测试最后ArrayList的size小于100000，甚至时不时会抛出个IndexOutOfBoundsException异常。（如果没有这个现象可以多试几次）

这就是非线程安全带来的问题了。上面的代码如果用于生产环境，就会有隐患就会有BUG了。

再用线程安全的Vector来进行测试，上面代码改变一处，test()方法中

[java] view plain copy

print ?

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

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

改成

[java] view plain copy

print ?

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

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

再运行程序。

输出结果：

100000

100000

100000

100000

100000

100000

100000

100000

100000

100000

再多跑几次，发现都是100000，没有任何问题。因为Vector是线程安全的，在多线程操作同一个Vector对象时，不会有任何问题。

再换成LinkedList试试，同样还会出现ArrayList类似的问题，因为LinkedList也是非线程安全的。

二者如何取舍

非线程安全是指多线程操作同一个对象可能会出现问题。而线程安全则是多线程操作同一个对象不会有问题。

线程安全必须要使用很多synchronized关键字来同步控制，所以必然会导致性能的降低。

所以在使用的时候，如果是多个线程操作同一个对象，那么使用线程安全的Vector；否则，就使用效率更高的ArrayList。

非线程安全!=不安全

有人在使用过程中有一个不正确的观点：我的程序是多线程的，不能使用ArrayList要使用Vector，这样才安全。

非线程安全并不是多线程环境下就不能使用。注意我上面有说到：多线程操作同一个对象。注意是同一个对象。比如最上面那个模拟，就是在主线程中new的一个ArrayList然后多个线程操作同一个ArrayList对象。

如果是每个线程中new一个ArrayList，而这个ArrayList只在这一个线程中使用，那么肯定是没问题的。

线程安全的实现

线程安全是通过线程同步控制来实现的，也就是synchronized关键字。   

在这里，我用代码分别实现了一个非线程安全的计数器和线程安全的计数器Counter，并对他们分别进行了多线程测试。

非线程安全的计数器：

[java] view plain copy

print ?

1. public class Main  
2. {  
3.     public static void main(String[] args)  
4.     {  
5.         // 进行10次测试  
6.         for(int i = 0; i < 10; i++)  
7.         {  
8.             test();  
9.         }  
10.     }  
11.       
12.     public static void test()  
13.     {  
14.         // 计数器  
15.         Counter counter = new Counter();  
16.           
17.         // 线程数量(1000)  
18.         int threadCount = 1000;  
19.           
20.         // 用来让主线程等待threadCount个子线程执行完毕  
21.         CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount);  
22.           
23.         // 启动threadCount个子线程  
24.         for(int i = 0; i < threadCount; i++)  
25.         {  
26.             Thread thread = new Thread(new MyThread(counter, countDownLatch));  
27.             thread.start();  
28.         }  
29.           
30.         try  
31.         {  
32.             // 主线程等待所有子线程执行完成，再向下执行  
33.             countDownLatch.await();  
34.         }  
35.         catch (InterruptedException e)  
36.         {  
37.             e.printStackTrace();  
38.         }  
39.           
40.         // 计数器的值  
41.         System.out.println(counter.getCount());  
42.     }  
43. }  
44.   
45. class MyThread implements Runnable  
46. {  
47.     private Counter counter;  
48.       
49.     private CountDownLatch countDownLatch;  
50.       
51.     public MyThread(Counter counter, CountDownLatch countDownLatch)  
52.     {  
53.         this.counter = counter;  
54.         this.countDownLatch = countDownLatch;  
55.     }  
56.       
57.     public void run()  
58.     {  
59.         // 每个线程向Counter中进行10000次累加  
60.         for(int i = 0; i < 10000; i++)  
61.         {  
62.             counter.addCount();  
63.         }  
64.           
65.         // 完成一个子线程  
66.         countDownLatch.countDown();  
67.     }  
68. }  
69.   
70. class Counter  
71. {  
72.     private int count = 0;  
73.   
74.     public int getCount()  
75.     {  
76.         return count;  
77.     }  
78.   
79.     public void addCount()  
80.     {  
81.         count++;  
82.     }  
83. }  

public class Main
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 进行10次测试
        for(int i = 0; i < 10; i++)
        {
            test();
        }
    }

    public static void test()
    {
        // 计数器
        Counter counter = new Counter();

        // 线程数量(1000)
        int threadCount = 1000;

        // 用来让主线程等待threadCount个子线程执行完毕
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount);

        // 启动threadCount个子线程
        for(int i = 0; i < threadCount; i++)
        {
            Thread thread = new Thread(new MyThread(counter, countDownLatch));
            thread.start();
        }

        try
        {
            // 主线程等待所有子线程执行完成，再向下执行
            countDownLatch.await();
        }
        catch (InterruptedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }

        // 计数器的值
        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()
    {
        // 每个线程向Counter中进行10000次累加
        for(int i = 0; i < 10000; i++)
        {
            counter.addCount();
        }

        // 完成一个子线程
        countDownLatch.countDown();
    }
}

class Counter
{
    private int count = 0;

    public int getCount()
    {
        return count;
    }

    public void addCount()
    {
        count++;
    }
}

上面的测试代码中，开启1000个线程，每个线程对计数器进行10000次累加，最终输出结果应该是10000000。

但是上面代码中的Counter未进行同步控制，所以非线程安全。

输出结果：

9963727

9973178

9999577

9987650

9988734

9988665

9987820

9990847

9992305

9972233

稍加修改，把Counter改成线程安全的计数器：

[java] view plain copy

print ?

1. class Counter  
2. {  
3.     private int count = 0;  
4.   
5.     public int getCount()  
6.     {  
7.         return count;  
8.     }  
9.   
10.     public synchronized void addCount()  
11.     {  
12.         count++;  
13.     }  
14. }  

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，就成为一个线程安全的计数器了。再执行程序。

输出结果：

10000000

10000000

10000000

10000000

10000000

10000000

10000000

10000000

10000000

10000000

作者：叉叉哥   转载请注明出处：http://blog.csdn.net/xiao__gui/article/details/8934832