Java线程安全和非线程安全

文章目录

1. 1. 非线程安全的现象模拟
2. 2. 二者如何取舍
3. 3. 非线程安全!=不安全
4. 4. 线程安全的实现

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？

public class Main {
	
	public static void main(String[] args) {
		// 用来测试的ArrayList
		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();
	}
}

运行上面的程序，输出结果：

99946

上面的输出结果发现，并不是预想中的100000，多运行几次可以发现每次结果都不一样。

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，new ArrayList<Object>()改成new Vector<Object>()，再运行程序，输出结果：

100000

无论运行多少次，输出结果都是100000，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。

有兴趣的话还可以再换成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。

线程安全可能会使用很多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

线程安全可以通过线程同步控制来实现的，例如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：

public class Main {
	
	public static void main(String[] args) {
		// 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

稍加修改，把Counter改成线程安全的计数器：

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，就成为一个线程安全的计数器了。再次运行，输出结果：

10000000