Java 线程安全 和 非线程安全

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。由于这是昨晚刚背的《Java面试题大全》上面写的。

此时若是继续问：什么是线程安全？线程安全和非线程安全有什么区别？分别在什么状况下使用？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两者来讲明。

下面的代码，在主线程中new了一个非线程安全的ArrayList，而后开1000个线程分别向这个ArrayList里面添加元素，每一个线程添加100个元素，等全部线程执行完成后，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
		{
			// 主线程等待全部子线程执行完成，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()
	{
		// 每一个线程向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（为何要测试10次？由于非线程安全并非每次都会致使问题）。 

输出结果：

99946

100000

100000

100000

99998

99959

100000

99975

100000

99996 

上面的输出结果发现，并非每次测试结果都是100000，有好几回测试最后ArrayList的size小于100000，甚至时不时会抛出个IndexOutOfBoundsException异常。（若是没有这个现象能够多试几回）

这就是非线程安全带来的问题了。上面的代码若是用于生产环境，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>();

改为

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

再多跑几回，发现都是100000，没有任何问题。由于Vector是线程安全的，在多线程操做同一个Vector对象时，不会有任何问题。

再换成LinkedList试试，一样还会出现ArrayList相似的问题，由于LinkedList也是非线程安全的。

两者如何取舍

非线程安全是指多线程操做同一个对象可能会出现问题。而线程安全则是多线程操做同一个对象不会有问题。

线程安全必需要使用不少synchronized关键字来同步控制，因此必然会致使性能的下降。

因此在使用的时候，若是是多个线程操做同一个对象，那么使用线程安全的Vector；不然，就使用效率更高的ArrayList。

非线程安全!=不安全

有人在使用过程当中有一个不正确的观点：个人程序是多线程的，不能使用ArrayList要使用Vector，这样才安全。

非线程安全并非多线程环境下就不能使用。注意我上面有说到：多线程操做同一个对象。注意是同一个对象。好比最上面那个模拟，就是在主线程中new的一个ArrayList而后多个线程操做同一个ArrayList对象。

若是是每一个线程中new一个ArrayList，而这个ArrayList只在这一个线程中使用，那么确定是没问题的。

线程安全的实现

线程安全是经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
		{
			// 主线程等待全部子线程执行完成，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()
	{
		// 每一个线程向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，每一个线程对计数器进行10000次累加，最终输出结果应该是10000000。

可是上面代码中的Counter未进行同步控制，因此非线程安全。

输出结果：

9963727

9973178

9999577

9987650

9988734

9988665

9987820

9990847

9992305

9972233

稍加修改，把Counter改为线程安全的计数器：

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