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关于JAVA中的static方法、并发问题以及JAVA运行时内存模型

HenrySun
 HenrySun
发布于 2016/10/04 12:10
字数 1275
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一、前言

最近在工作上用到了一个静态方法,跟同事交流的时候,被一个问题给问倒了,只怪基础不扎实...

问题大致是这样的,“在多线程环境下,静态方法中的局部变量会不会被其它线程给污染掉?”;

我当时的想法:方法中的局部变量在运行的时候,是存在JAVA栈中的,方法运行结束,局部变量也就都弹光了,理论上单线程的话是不会有问题的,我之所以不知道,是因为不清楚在JAVA内存模型中,一个线程对应一个栈,还是多个线程共享一个栈...

其实如果知道每个线程都有一个自己的JAVA栈的话,问题也就很清楚了,不会被其它线程给污染掉;

当然,问题并不能止于此,这个问题已经暴露出自己对这方面比较薄弱,因此打算对JAVA内存模型和多线程并发问题做个小小总结;

 

二、JAVA中的内存模型

程序运行的时候,内存主要由以下部分组成:

  1. :所有线程共享一个堆;存放的都是new 出来的对象;由垃圾回收器回收;
  2. 方法区:所有线程共享一个方法区;里面存放的内容有点杂,可以认为是除堆和栈中的其它东西(如类信息,静态变量,常量,代码等);Java虚拟机规范规定可以不对方法区进行垃圾回收,当并不是不回收,主要看具体虚拟机的实现,比如可以回收一些废弃常量和无用的类;
  3. 程序计数器:也叫PC,存放下一条指令所在单元的地址的地方;
  4. JAVA栈:每个线程都有一个自己的JAVA栈;存放的一般是方法的局部变量,方法出口信息等;方法调用过程中,自动压栈出栈;ps:栈空间大小是有限制的;
  5. 本地方法栈:与JAVA栈类似,区别是使用的对象不一样,本地方法栈是给Native方法使用的,JAVA栈是给JAVA方式使用的;

附一张图片,会对java虚拟机有个整体的认识;

图片来自https://www.zybuluo.com/867976167/note/51071

 三、多线程访问共享内存情况

当多个线程执行同一个方法的时候,

什么时候可能会出现异常结果:

多个线程共享一块内存区域,在不加任何保护情况下,对其操作;

什么时候可能会得到正确的结果:

不使用共享内存,每个线程内存空间相互独立;

多线程共享一块内存区域,但是对这块共享区域加锁访问;

 

四、实例说明

情况一(多个线程共享一块内存区域,在不加任何保护情况下,对其操作):

写一个含静态方法的类,求和,方法内用了一个静态全局s(多个线程可以同时访问):

package com.pichen.java.static_;

public class StaticTest {

    private static int s = 0;
    public static int sum(int n){
        s = 0;
        for(int i = 0; i <= n; i++){
            s += i;
            
            try {
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return s;
    }
}

写一个Thread,调用上面的静态方法:

package com.pichen.java.static_;

public class ThreadCount implements Runnable{


    @Override
    public void run() {
        while(true){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +":" +StaticTest.sum(100));
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        
    }

}

写个Main函数,起三个线程,观察运行结果,基本都是错误的:

package com.pichen.java.static_;


public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        ThreadCount t1 = new ThreadCount();
        new Thread(t1).start();
        
        ThreadCount t2 = new ThreadCount();
        new Thread(t2).start();
        
        ThreadCount t3 = new ThreadCount();
        new Thread(t3).start();
    }
}

运行结果不符合预期:

Thread-0:13968
Thread-1:13968
Thread-2:13968
Thread-0:13033
Thread-1:13033
Thread-2:13033
Thread-1:14725
Thread-0:14725

 原因:多个线程同时对静态全局变量s进行操作导致;

ps:这里的例子是静态全局变量s,其实有很多种情况会引起结果异常问题,如在main方法中new出了一个对象,new出来的对象是存放在堆中的,多个线程共享,此时如果多线程同时操作该对象的话,也是有可能产生错误结果;

情况二(不使用共享内存,每个线程内存空间相互独立):

修改静态sum方法,使用局部变量s,如下:

package com.pichen.java.static_;

public class StaticTest {

    private static int s = 0;
    public static int sum(int n){
        int s = 0;
        for(int i = 0; i <= n; i++){
            s += i;
            
            try {
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return s;
    }
}

运行程序,结果正确:

Thread-1:5050
Thread-0:5050
Thread-2:5050
Thread-0:5050
Thread-2:5050
Thread-1:5050
Thread-0:5050

情况三(多线程共享一块内存区域,但是对这块共享区域加锁访问):

package com.pichen.java.static_;

public class StaticTest {

    private static int s = 0;
    public synchronized static int sum(int n){
        s = 0;
        for(int i = 0; i <= n; i++){
            s += i;
            
            try {
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return s;
    }
}

运行程序,结果正确:

Thread-1:5050
Thread-0:5050
Thread-2:5050
Thread-0:5050
Thread-2:5050
Thread-1:5050
Thread-0:5050

 

本文转载自:http://www.cnblogs.com/chenpi/p/5159558.html

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