Java静态static工具类线程安全问题研究
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。
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="";
........
}
}
其它示例:
public class StaticTest {
private static int count = 0;
private static int counts = 0; /**
* 不会存在并发问题
*
* @return
*/
public static String getTestStr() {
String xx = Thread.currentThread().toString();
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return xx;
} /**
* 存不存在并发问题与传入的变量有关
* 假如thread a和thread b都在操作对象a则存在
* @param user
* @return
*/
public static String getTestUser(User user) {
String str = "id: " + user.getId() + "name: " + user.getName();
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return str;
} /**
* 存在并发问题
*
* @return
*/
public static int getTestCount() {
count++;
count++;
count++;
count++;
count++;
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
count++;
count++;
count++;
count++;
count++;
return count;
} /**
* 不存在并发问题
*
* @return
*/
public synchronized static int getTestCountS() {
counts++;
counts++;
counts++;
counts++;
counts++;
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
counts++;
counts++;
counts++;
counts++;
counts++;
return counts;
} public static void main(String[] args) {
User user = new User();
for (int i = 0 ; i < 1000 ; i++){
final int finalI = i;
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
User userTmp = new User();
user.setId(finalI);
user.setName(Thread.currentThread().toString());
userTmp.setId(finalI);
userTmp.setName(Thread.currentThread().toString());
//局部变量不存在问题
System.out.println("getTestStr: " + Thread.currentThread() + StaticTest.getTestStr());
//与user有关
System.out.println("getTestUser: " + Thread.currentThread() + StaticTest.getTestUser(user));
System.out.println("getTestUseS: " + Thread.currentThread() + StaticTest.getTestUser(userTmp)); //线程不安全
System.out.println("getTestCount: " + Thread.currentThread() + StaticTest.getTestCount() % 10); //安全但是慢需要加锁
System.out.println("getTestCountS: " + Thread.currentThread() + StaticTest.getTestCountS() % 10);
}
});
thread.start();
} }
}
参考:
http://blog.csdn.net/thekenofdis/article/details/74529886(以上内容部分转自此篇文章)
https://www.cnblogs.com/LvLoveYuForever/p/6077148.html
http://www.genshuixue.com/i-cxy/p/7637981
http://wuhaocn.iteye.com/blog/2269391(以上内容部分转自此篇文章)
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