java多線程並發去調用一個類的靜態方法安全性探討

這篇文章主要講多線程對靜態方法訪問的資料安全性

總結如下：

1，java在執行靜態方法時，會在記憶體中拷貝一份，如果靜態方法所在的類裡面沒有靜態變數，那麼線程訪問就是安全的，比如在javaee中伺服器必然會多線程的處理請求此時如果設計全域需要調用的靜態方法，可用此種設計。

2，java在執行靜態方法時，如果使用靜態變數，同時類的函數設計時使用到了待用資料，最好在調用函數時使用synchronized關鍵字，否則會導致資料的不一致行。

3，加靜態全域的變數，在多線程訪問下定會出現資料的不一致行，最好使用synchronized關鍵字，確保資料的一致性，典型的代表就是單例模式。

總的結論：java是安全執行緒的，即對任何方法（包括靜態方法）都可以不考慮線程衝突，但有一個前提，就是不能存在全域變數。如果存在全域變數，則需要使用同步機制。

如下通過一組對比例子從頭講解：
在多線程中使用靜態方法會發生什麼事。也就是說多線程訪問同一個類的static靜態方法會發生什麼事。是否會發生安全執行緒問題。
public class Test {
public static void operation(){
// ... do something
}
}
事實證明只要在靜態函數中沒有處理多線程共用資料，就不存在著多線程訪問同一個靜態方法會出現資源衝突的問題。下面看一個例子：
public class StaticThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
StaticAction.print();
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
new Thread(new StaticThread()).start();
}
}
}
public class StaticAction {
public static int i = 0;
public static void print() {
int sum = 0;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.print("step " + i + " is running.");
sum += i;
}
if (sum != 45) {
System.out.println("Thread error!");
System.exit(0);
}
System.out.println("sum is " + sum);
}
}
實際執行的結果顯示各個線程對靜態方法的訪問是交叉執行的，但是這並不影響各個線程靜態方法print()中sum值的計算。也就是說，在此過程中沒有使用全域變數的靜態方法在多線程中是安全的，靜態方法是否引起安全執行緒問題主要看該靜態方法是否對全域變數（靜態變數static member）進行修改操作。
在多線程中使用同一個靜態方法時，每個線程使用各自的執行個體欄位(instance field)的副本，而共用一個靜態欄位(static field)。所以說，如果該靜態方法不去操作一個靜態成員，只在方法內部使用執行個體欄位(instance field)，不會引起安全性問題。
但是，如果該靜態方法操作了一個靜態變數，則需要靜態方法中採用互斥訪問的方式進行安全處理。我們來看一下沒有使用互斥訪問的話會產生怎樣的問題：public class StaticAction {
public static int i = 0;
public static void incValue() {
int temp = StaticAction.i;
try {
Thread.sleep(1);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
temp++;
StaticAction.i = temp;
}
}
public class StaticThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
StaticAction.incValue();
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
new Thread(new StaticThread()).start();
}
try {
Thread.sleep(1000); //預留足夠的時間讓上面的線程跑完
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(StaticAction.i);
}
}
實際運行結果顯示i值為隨機的數字。為了實現互斥訪問，這時我們需要加入一個synchronized關鍵字。代碼修改如下：
public class StaticAction {
public static int i = 0;
public synchronized static void incValue() {
int temp = StaticAction.i;
try {
Thread.sleep(1);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
temp++;
StaticAction.i = temp;
}
}
public class StaticThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
StaticAction.incValue();
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
new Thread(new StaticThread()).start();
}
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(StaticAction.i);
}
}
運行結果則必然是100。
加入synchronized關鍵字的靜態方法稱為同步靜態方法。
在訪問同步靜態方法時，會擷取該類的“Class”對象，所以當一個線程進入同步的靜態方法中時，線程監視器擷取類本身的對象鎖，其它線程不能進入這個類的任何靜態同步方法。它不像執行個體方法，因為多個線程可以同時訪問不同執行個體同步執行個體方法。這個其實就是作業系統中的用訊號量實現進程的互斥與同步問題，如果涉及在同一個類中有多個靜態方法中處理多線程共用資料的話，那就變成用訊號量解決生產者-消費者問題。也就是說，靜態方法是一份臨界資源，對靜態方法的訪問屬於進入臨界區；對靜態變數的修改是一份臨界資源，對靜態變數的修改屬於進入臨界區。