JAVA多线程核心技术 1.2.3 非线程安全 解析

   在看《JAVA多线程核心技术》 1.2.3线程安全 发现了一个有趣的例子，在这里和大家分享一下，同时对运行结果进行解析和扩展，帮助新手朋友理解。同时请大神朋友不吝赐教。

   话不多说，先来撸两行代码

  

一、非线程安全

    首先一个LoginServlet类，此类用于模拟用户登录。注意此类中的 变量和方法全部使用static关键字，代表变量和方法全都是静态的，java只会分配一个资源，多实例需要共享资源，这就是祸根所在，正式如此，引发了 非线程安全。

 

package chapter1.section2;

public class LoginServlet {

private static String usernameRef;
private static String passwordRef;

public static void doPost(String username, String password) {
try {
usernameRef = username;
if ("a".equals(username)) {
Thread.sleep(1000);
}
passwordRef = password;
System.out.println("username=" + usernameRef + " password=" + password);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}

}

接着我们定义两个类，用于模拟用户登录

package chapter1.section2;

public class ALogin extends Thread{
@Override
public void run(){
LoginServlet.doPost("a", "aa");
}
}

package chapter1.section2;

public class BLogin extends Thread{
@Override
public void run(){
LoginServlet.doPost("b", "bb");
}
}

最后定义一个测试类

package chapter1.section2;

public class Run {
public static void main(String[] args) {
ALogin a = new ALogin();
a.start();
BLogin b = new BLogin();
b.start();
}
}

显然我们希望当 a 用户登录时，输出用户信息 username=a password=aa ，b用户登录时，输出用户信息 username=b password=bb
但实际结果时什么样呢？

username=b password=bb
username=b password=aa

下面我们来分析一下，到底发生了什么事情。这里注意线程a和b操作的usernameRef、passwordRef为同一资源。

a线程	b线程	usernameRef	passwordRef
a获取资源usernameRef usernameRef = “a”		a
a休眠1秒		a
	b获取资源usernameRef usernameRef = “b”	b
	b获取资源passwordRef passwordRef = “bb”	b	bb
	输出 username=b password=bb	b	bb
a醒来，a获取资源passwordRef passwordRef = “aa”		b	aa
输出 username=b password=aa		b	aa

这里需要注意的是，线程并不是顺序执行的，而是随机的，之所以上面的例子每次运行结果一致，主要原因在于

if ("a".equals(username)) {
Thread.sleep(1000);
}

a线程进入休眠，让出了资源。系统将资源分配给了b线程。下面我们将a的休眠去掉，来看一下线程的随机性。

二、随机性

  修改LoginServlet去掉a线程的休眠

package chapter1.section2;

public class LoginServlet {

private static String usernameRef;
private static String passwordRef;

public static void doPost(String username, String password) {
usernameRef = username;
passwordRef = password;
System.out.println("username=" + usernameRef + " password=" + password);
}

}

这里为了方便测试我们修改一下Run类

package chapter1.section2;

public class Run {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
run();
System.out.println();
Thread.sleep(10000);
}
}

public static void run() {
ALogin a = new ALogin();
a.start();
BLogin b = new BLogin();
b.start();
}
}

输出结果包含几种

username=b password=aa
username=b password=bb

a线程	b线程	usernameRef	passwordRef
a获取资源usernameRef usernameRef = “a”		a
	b获取资源usernameRef usernameRef = “b”	b
a获取资源passwordRef passwordRef = “aa”		b	aa
输出 username=b password=aa		b	aa
	b获取资源passwordRef passwordRef = “bb”	b	bb
	输出 username=b password=bb	b	bb

username=a password=aa
username=b password=bb

a线程	b线程	usernameRef	passwordRef
a获取资源usernameRef usernameRef = “a”		a
a获取资源passwordRef passwordRef = “aa”		a	aa
输出 username=a password=aa		a	aa
	b获取资源usernameRef usernameRef = “b”	b	aa
	b获取资源passwordRef passwordRef = “bb”	b	bb
	输出 username=b password=bb	b	bb

当然还有其他可能，这里不再赘述。

观察输出结果，你可以发现，它并不是想我们期待的那样，两两一对的出现，而是无序的不规律的。这恰恰说明了多线程的随机性。

username=b password=aa
username=b password=bb

username=a password=aa
username=b password=bb

username=a password=aa
username=b password=bb

username=a password=aa
username=b password=bb

username=a password=aa
username=b password=bb

username=a password=aa
username=b password=bb
username=a password=aa
username=b password=bb

username=a password=aa

username=b password=bb
username=a password=aa
username=b password=bb

username=a password=aa
username=b password=bb

username=a password=aa
username=b password=bb

username=a password=aa
username=b password=bb
username=a password=aa
username=b password=bb

username=a password=aa

username=b password=bb

username=b password=bb
username=a password=aa
username=a password=aa
username=b password=bb

username=a password=aa
username=b password=bb

username=a password=aa
username=b password=bb

username=a password=aa

username=b password=bb
username=a password=aa
username=b password=bb

三、线程安全

解决以上问题有三种方案:

1.添加 synchronized 

修改LoginServlet 为doPost 方法添加 synchronized 。这样当一个线程正在执行此方法时，另一个线程不能进入。

package chapter1.section2;

public class LoginServlet {

private static String usernameRef;
private static String passwordRef;

synchronized public static void doPost(String username,String password){
try {
usernameRef = username;
if("a".equals(username)){
Thread.sleep(5000);
}
passwordRef = password;
System.out.println("username="+usernameRef+" password="+password);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}

}

a线程	b线程	usernameRef	passwordRef
a获取资源usernameRef usernameRef = “a”		a
a休眠1秒	b请求执行doPost方法时， 因为a还没有执行完毕，所以b无法进入	a
a获取资源passwordRef passwordRef = “aa”		a	aa
输出 username=a password=aa		a	aa
a执行结束	b获取资源usernameRef usernameRef = “b”	b	aa
	b获取资源passwordRef passwordRef = “bb”	b	bb
	输出 username=b password=bb	b	bb

2.修改变量和方法，去除static关键字。使用对象调用方法

package chapter1.section2;

public class LoginServlet {

private String usernameRef;
private String passwordRef;

public void doPost(String username,String password){
try {
usernameRef = username;
if("a".equals(username)){
Thread.sleep(5000);
}
passwordRef = password;
System.out.println("username="+usernameRef+" password="+password);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}

}

package chapter1.section2;

public class ALogin extends Thread{
@Override
public void run(){
new LoginServlet().doPost("a", "aa");
}
}

package chapter1.section2;

public class BLogin extends Thread{
@Override
public void run(){
new LoginServlet().doPost("b", "bb");
}
}

此时a、b线程请求的资源完全独立，不存在线程交互。

3.同步执行线程

这里只需要将线程启动的start方法换成run方法即可

package chapter1.section2;

public class Run {
public static void main(String[] args) {
ALogin a = new ALogin();
a.run();
BLogin b = new BLogin();
b.run();
}
}
比较一下start和run方法的区别，就明白了其中的道理。

使用run方法，线程改为同步执行，而不是异步执行。此时线程对象是由main主线程来控制，而不是交给“线程规划器”来管理，失去了线程的意义。