Java 線程安全 和 非線程安全

ArrayList和Vector有什麼區別？HashMap和HashTable有什麼區別？StringBuilder和StringBuffer有什麼區別？這些都是Java面試中常見的基礎問題。

面對這樣的問題，回答是：ArrayList是非線程安全的，Vector是線程安全的；HashMap是非線程安全的，HashTable是線程安全的；StringBuilder是非線程安全的，StringBuffer是線程安全的。由於這是昨晚剛背的《Java面試題大全》上面寫的。

此時若是繼續問：什麼是線程安全？線程安全和非線程安全有什麼區別？分別在什麼狀況下使用？這樣一連串的問題，一口老血就噴出來了…

非線程安全的現象模擬

這裏就使用ArrayList和Vector兩者來講明。

下面的代碼，在主線程中new了一個非線程安全的ArrayList，而後開1000個線程分別向這個ArrayList裏面添加元素，每一個線程添加100個元素，等全部線程執行完成後，這個ArrayList的size應該是多少？應該是100000個？

public class Main
{
	public static void main(String[] args)
	{
		// 進行10次測試
		for(int i = 0; i < 10; i++)
		{
			test();
		}
	}
	
	public static void test()
	{
		// 用來測試的List
		List<Object> list = new ArrayList<Object>();
		
		// 線程數量(1000)
		int threadCount = 1000;
		
		// 用來讓主線程等待threadCount個子線程執行完畢
		CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount);
		
		// 啓動threadCount個子線程
		for(int i = 0; i < threadCount; i++)
		{
			Thread thread = new Thread(new MyThread(list, countDownLatch));
			thread.start();
		}
		
		try
		{
			// 主線程等待全部子線程執行完成，再向下執行
			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()
	{
		// 每一個線程向List中添加100個元素
		for(int i = 0; i < 100; i++)
		{
			list.add(new Object());
		}
		
		// 完成一個子線程
		countDownLatch.countDown();
	}
}

上面進行了10次測試（爲何要測試10次？由於非線程安全並非每次都會致使問題）。 

輸出結果：

99946

100000

100000

100000

99998

99959

100000

99975

100000

99996 

上面的輸出結果發現，並非每次測試結果都是100000，有好幾回測試最後ArrayList的size小於100000，甚至時不時會拋出個IndexOutOfBoundsException異常。（若是沒有這個現象能夠多試幾回）

這就是非線程安全帶來的問題了。上面的代碼若是用於生產環境，就會有隱患就會有BUG了。

再用線程安全的Vector來進行測試，上面代碼改變一處，test()方法中

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

改爲

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

再運行程序。

輸出結果：

100000

100000

100000

100000

100000

100000

100000

100000

100000

100000

再多跑幾回，發現都是100000，沒有任何問題。由於Vector是線程安全的，在多線程操做同一個Vector對象時，不會有任何問題。

再換成LinkedList試試，一樣還會出現ArrayList相似的問題，由於LinkedList也是非線程安全的。

兩者如何取捨

非線程安全是指多線程操做同一個對象可能會出現問題。而線程安全則是多線程操做同一個對象不會有問題。

線程安全必需要使用不少synchronized關鍵字來同步控制，因此必然會致使性能的下降。

因此在使用的時候，若是是多個線程操做同一個對象，那麼使用線程安全的Vector；不然，就使用效率更高的ArrayList。

非線程安全!=不安全

有人在使用過程當中有一個不正確的觀點：個人程序是多線程的，不能使用ArrayList要使用Vector，這樣才安全。

非線程安全並非多線程環境下就不能使用。注意我上面有說到：多線程操做同一個對象。注意是同一個對象。好比最上面那個模擬，就是在主線程中new的一個ArrayList而後多個線程操做同一個ArrayList對象。

若是是每一個線程中new一個ArrayList，而這個ArrayList只在這一個線程中使用，那麼確定是沒問題的。

線程安全的實現

線程安全是經過線程同步控制來實現的，也就是synchronized關鍵字。   

在這裏，我用代碼分別實現了一個非線程安全的計數器和線程安全的計數器Counter，並對他們分別進行了多線程測試。

非線程安全的計數器：

public class Main
{
	public static void main(String[] args)
	{
		// 進行10次測試
		for(int i = 0; i < 10; i++)
		{
			test();
		}
	}
	
	public static void test()
	{
		// 計數器
		Counter counter = new Counter();
		
		// 線程數量(1000)
		int threadCount = 1000;
		
		// 用來讓主線程等待threadCount個子線程執行完畢
		CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount);
		
		// 啓動threadCount個子線程
		for(int i = 0; i < threadCount; i++)
		{
			Thread thread = new Thread(new MyThread(counter, countDownLatch));
			thread.start();
		}
		
		try
		{
			// 主線程等待全部子線程執行完成，再向下執行
			countDownLatch.await();
		}
		catch (InterruptedException e)
		{
			e.printStackTrace();
		}
		
		// 計數器的值
		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()
	{
		// 每一個線程向Counter中進行10000次累加
		for(int i = 0; i < 10000; i++)
		{
			counter.addCount();
		}
		
		// 完成一個子線程
		countDownLatch.countDown();
	}
}

class Counter
{
	private int count = 0;

	public int getCount()
	{
		return count;
	}

	public void addCount()
	{
		count++;
	}
}

上面的測試代碼中，開啓1000個線程，每一個線程對計數器進行10000次累加，最終輸出結果應該是10000000。

可是上面代碼中的Counter未進行同步控制，因此非線程安全。

輸出結果：

9963727

9973178

9999577

9987650

9988734

9988665

9987820

9990847

9992305

9972233

稍加修改，把Counter改爲線程安全的計數器：

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，就成爲一個線程安全的計數器了。再執行程序。

輸出結果：

10000000

10000000

10000000

10000000

10000000

10000000

10000000

10000000

10000000

10000000