Java线程安全与非线程安全解析

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)
  {
    // 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

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

改成

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：

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：

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

总结

以上就是本文关于Java线程安全与非线程安全解析的全部内容，希望对大家有所帮助。感兴趣的朋友可以参阅：Java线程安全基础概念解析、Java多线程ForkJoinPool实例详解、浅谈Java多线程处理中Future的妙用（附源码）等，有什么问题可以随时留言，欢迎大家交流讨论。