Java静态工具类线程安全的一些建议

针对静态方法有以下一些前提

• 静态方法和实例方法的区别是静态方法只能引用静态变量，静态方法通过类名来调用，实例方法通过对象实例来调用
• 每个线程都有自己的线程栈，栈与线程同时创建，每一个虚拟机线程都有自己的程序计数器PC，在任何时刻，一个虚拟机线程只会执行一个方法的代码，这个方法称为该线程的当前方法，如果这个方法不是native的，程序计数器就保存虚拟机正在执行的字节码指令的地址。
• 线程调用方法的时候会创建栈帧，用于保存局部变量表和操作数栈以及指向该类常量池的引用
• 静态方法虽然是同一个方法，但是不同线程在调用，程序计数器的值是不一样的，操作这两个线程不会相互影响（假设不存在访问共享变量的情况）

在设计工具类时，这要没有共享的变量，静态工具类方法不需要加锁。在使用单例模式做工具类，这个时候静态方法就需要加锁，因为所有的线程虽然都是有自己的方法栈，但是在方法栈中操作的是同一个对象的实体（所以需要加锁，加锁的代价是所有的线程需要等待锁的释放才能使用该对象的引用）在使用多例模式做工具类时，这个时候也是不需要加锁，因为所有的线程都有自己的方法栈，但是方法栈帧中创建了独立的对象引用，每个线程都是在操作各自方法栈帧中的局部对象引用，所以这时候不要同步。

那么问题来了，如果有共享变量的时候应该怎么办呢？一下是一些建议

1.静态方法 
    无论是静态方法还是实例方法，在内存中都只有一份代码，也就是只占用一份内存空间 
方法属于一个程序块，只有当别人调用它时才会调到内存里面去执行，也就是说当前有多少个线程在执行就有多少组方法块里的局部变量 

2.静态变量 
    只存在一份，多个线程公用一份，一个线程修改就会影响其他线程 

3.结论 
   静态方法是使用得当是线程安全的，因为每次调用会创建一份私有块，如果是静态变量是的的话就要加锁挥着其他处理。 

由于web天生并发性，导致我们的一般java工具类会在这样的环境下出现问题。

其实问题的根源就是我们的工具类不是线程安全的。

有一个生成md5的工具类：

public class MD5 {  
    private static long[] state = new long[4];  
    private static long[] count = new long[2];  
    private static byte[] buffer = new byte[64];  
    private static byte[] digest = new byte[16];  
  
    private String digestHexStr="";  
    public static MD5() {  
    }  
    //计算MD5  
    public static String getMD5ofStr(String inbuf) {  
    }  
}  

变量state， count ，buffer ，digest 算法中用到的核心数据，digestHexStr存放计算的结果。在多线程并发访问的情况下，这些变量是会被“共享”的，所以会导致计算结果不准确甚至出现异常。

有三种比较简单的方法可以解决：

getMD5ofStr方法变成非static的普通方法，这样每次调用这个方法都必须new一个新的MD5对象。

getMD5ofStr方法变成同步方法（同步代码块，显示锁，synchronized method都可以）。

将被“共享”的变量放到方法getMD5ofStr里面，不设置成员变量。

考虑到现在系统有些地方已经开始使用这个工具类了，不便改动结构，先采用第二种快速修复bug，然后腾出时间用第三种发放重构。

PS：

工具类能否设计成单例？如果能最好。单例能减少创建类和分配内存的开销，减少垃圾回收次数。

工具类能否设计成不变类？如果能最好，不变类天生线程安全！

在并发环境下，工具类能不能不用同步？不管怎么说，同步都是要有一些开销的。

PPS：

这样会好一些：

public final class MD5 {  
    private MD5(){}  
    //计算MD5  
    public static String getMD5ofStr(String inbuf) {  
        long[] state = new long[4];  
        long[] count = new long[2];  
        byte[] buffer = new byte[64];  
        byte[] digest = new byte[16];  
        String digestHexStr="";  
        ........  
    }  
}  

1. class User{  
2.     private int id;  
3.     private String name;  
4.   
5.     public int getId() {  
6.         return id;  
7.     }  
8.   
9.     public void setId(int id) {  
10.         this.id = id;  
11.     }  
12.   
13.     public String getName() {  
14.         return name;  
15.     }  
16.   
17.     public void setName(String name) {  
18.         this.name = name;  
19.     }  
20. }  

Java代码  

1. public class StaticTest {  
2.     private static int count = 0;  
3.     private static int counts = 0;  
4.   
5.     /** 
6.      * 不会存在并发问题 
7.      * 
8.      * @return 
9.      */  
10.     public static String getTestStr() {  
11.         String xx = Thread.currentThread().toString();  
12.         try {  
13.             Thread.sleep(10);  
14.         } catch (InterruptedException e) {  
15.             e.printStackTrace();  
16.         }  
17.         return xx;  
18.     }  
19.   
20.     /** 
21.      * 存不存在并发问题与传入的变量有关 
22.      * 假如thread a和thread b都在操作对象a则存在 
23.      * @param user 
24.      * @return 
25.      */  
26.     public static String getTestUser(User user) {  
27.         String str = "id: " + user.getId() + "name: " + user.getName();  
28.         try {  
29.             Thread.sleep(10);  
30.         } catch (InterruptedException e) {  
31.             e.printStackTrace();  
32.         }  
33.         return str;  
34.     }  
35.   
36.     /** 
37.      * 存在并发问题 
38.      * 
39.      * @return 
40.      */  
41.     public static int getTestCount() {  
42.         count++;  
43.         count++;  
44.         count++;  
45.         count++;  
46.         count++;  
47.         try {  
48.             Thread.sleep(10);  
49.         } catch (InterruptedException e) {  
50.             e.printStackTrace();  
51.         }  
52.         count++;  
53.         count++;  
54.         count++;  
55.         count++;  
56.         count++;  
57.         return count;  
58.     }  
59.   
60.     /** 
61.      * 不存在并发问题 
62.      * 
63.      * @return 
64.      */  
65.     public synchronized static int getTestCountS() {  
66.         counts++;  
67.         counts++;  
68.         counts++;  
69.         counts++;  
70.         counts++;  
71.         try {  
72.             Thread.sleep(10);  
73.         } catch (InterruptedException e) {  
74.             e.printStackTrace();  
75.         }  
76.         counts++;  
77.         counts++;  
78.         counts++;  
79.         counts++;  
80.         counts++;  
81.         return counts;  
82.     }  
83.   
84.     public static void main(String[] args) {  
85.         User user = new User();  
86.         for (int i = 0 ; i < 1000 ; i++){  
87.             final int finalI = i;  
88.             Thread thread = new Thread(new Runnable() {  
89.                 @Override  
90.                 public void run() {  
91.                     User userTmp = new User();  
92.                     user.setId(finalI);  
93.                     user.setName(Thread.currentThread().toString());  
94.                     userTmp.setId(finalI);  
95.                     userTmp.setName(Thread.currentThread().toString());  
96.                     //局部变量不存在问题  
97.                     System.out.println("getTestStr: " + Thread.currentThread()  + StaticTest.getTestStr());  
98.                     //与user有关  
99.                     System.out.println("getTestUser: " + Thread.currentThread() + StaticTest.getTestUser(user));  
100.                     System.out.println("getTestUseS: " + Thread.currentThread()  + StaticTest.getTestUser(userTmp));  
101.   
102.                     //线程不安全  
103.                     System.out.println("getTestCount: "  + Thread.currentThread() + StaticTest.getTestCount() % 10);  
104.   
105.                     //安全但是慢需要加锁  
106.                     System.out.println("getTestCountS: "  + Thread.currentThread() + StaticTest.getTestCountS() % 10);  
107.                 }  
108.             });  
109.             thread.start();  
110.         }  
111.   
112.   
113.     }  
114. }