Question

在多线程中使用静态方法是否有线程安全问题

Answer 1

总的结论：java是线程安全的，即对任何方法（包括静态方法）都可以不考虑线程冲突，但有一个前提，就是不能存在全局变量。如果存在全局变量，则需要使用同步机制。

如下通过一组对比例子从头讲解：
在多线程中使用静态方法会发生什么事？也就是说多线程访问同一个类的static静态方法会发生什么事？是否会发生线程安全问题？
public class Test {
public static void operation(){
// ... do something
}
}
事实证明只要在静态函数中没有处理多线程共享数据，就不存在着多线程访问同一个静态方法会出现资源冲突的问题。下面看一个例子：
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);
}
}
实际执行的结果显示各个线程对静态方法的访问是交叉执行的，但是这并不影响各个线程静态方法print()中sum值的计算。也就是说，在此过程中没有使用全局变量的静态方法在多线程中是安全的，静态方法是否引起线程安全问题主要看该静态方法是否对全局变量（静态变量static member）进行修改操作。
在多线程中使用同一个静态方法时，每个线程使用各自的实例字段(instance field)的副本，而共享一个静态字段(static field)。所以说，如果该静态方法不去操作一个静态成员，只在方法内部使用实例字段(instance field)，不会引起安全性问题。
但是，如果该静态方法操作了一个静态变量，则需要静态方法中采用互斥访问的方式进行安全处理。我们来看一下没有使用互斥访问的话会产生怎样的问题：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); //预留足够的时间让上面的线程跑完
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(StaticAction.i);
}
}
实际运行结果显示i值为随机的数字。为了实现互斥访问，这时我们需要加入一个synchronized关键字。代码修改如下：
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);
}
}
运行结果则必然是100。
加入synchronized关键字的静态方法称为同步静态方法。
在访问同步静态方法时，会获取该类的“Class”对象，所以当一个线程进入同步的静态方法中时，线程监视器获取类本身的对象锁，其它线程不能进入这个类的任何静态同步方法。它不像实例方法，因为多个线程可以同时访问不同实例同步实例方法。这个其实就是操作系统中的用信号量实现进程的互斥与同步问题，如果涉及在同一个类中有多个静态方法中处理多线程共享数据的话，那就变成用信号量解决生产者-消费者问题。也就是说，静态方法是一份临界资源，对静态方法的访问属于进入临界区；对静态变量的修改是一份临界资源，对静态变量的修改属于进入临界区。