java棧和堆在多線程運行時的訪問

一、前言

最近在工作上用到了一個靜態方法，跟同事交流的時候，被一個問題給問倒了，只怪基礎不紮實...

問題大致是這樣的，“在多線程環境下，靜態方法中的局部變量會不會被其它線程給污染掉？”；

我當時的想法：方法中的局部變量在運行的時候，是存在JAVA棧中的，方法運行結束，局部變量也就都彈光了，理論上單線程的話是不會有問題的，我之所以不知道，是因爲不清楚在JAVA內存模型中，一個線程對應一個棧，還是多個線程共享一個棧...

其實如果知道每個線程都有一個自己的JAVA棧的話，問題也就很清楚了，不會被其它線程給污染掉；

當然，問題並不能止於此，這個問題已經暴露出自己對這方面比較薄弱，因此打算對JAVA內存模型和多線程併發問題做個小小總結；

二、JAVA中的內存模型

程序運行的時候，內存主要由以下部分組成：

1. 堆：所有線程共享一個堆；存放的都是new 出來的對象；由垃圾回收器回收；
2. 方法區：所有線程共享一個方法區；裏面存放的內容有點雜，可以認爲是除堆和棧中的其它東西（如類信息，靜態變量，常量，代碼等）；Java虛擬機規範規定可以不對方法區進行垃圾回收，當並不是不回收，主要看具體虛擬機的實現，比如可以回收一些廢棄常量和無用的類；
3. 程序計數器：也叫PC,存放下一條指令所在單元的地址的地方;
4. JAVA棧：每個線程都有一個自己的JAVA棧;存放的一般是方法的局部變量，方法出口信息等；方法調用過程中，自動壓棧出棧；ps：棧空間大小是有限制的；
5. 本地方法棧：與JAVA棧類似，區別是使用的對象不一樣，本地方法棧是給Native方法使用的，JAVA棧是給JAVA方式使用的；

 三、多線程訪問共享內存情況

當多個線程執行同一個方法的時候，

什麼時候可能會出現異常結果：

多個線程共享一塊內存區域，在不加任何保護情況下，對其操作；

什麼時候可能會得到正確的結果：

不使用共享內存，每個線程內存空間相互獨立；

多線程共享一塊內存區域，但是對這塊共享區域加鎖訪問；

四、實例說明

情況一（多個線程共享一塊內存區域，在不加任何保護情況下，對其操作）：

寫一個含靜態方法的類，求和，方法內用了一個靜態全局s（多個線程可以同時訪問）：

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;
    }
}

 

寫一個Thread，調用上面的靜態方法：

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();
            }
        }
        
    }

}

 

寫個Main函數，起三個線程，觀察運行結果，基本都是錯誤的：

p

ackage 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();
    }
}

 

運行結果不符合預期：

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：多個線程同時對靜態全局變量s進行操作導致；

ps：這裏的例子是靜態全局變量s，其實有很多種情況會引起結果異常問題，如在main方法中new出了一個對象，new出來的對象是存放在堆中的，多個線程共享，此時如果多線程同時操作該對象的話，也是有可能產生錯誤結果；

情況二（不使用共享內存，每個線程內存空間相互獨立）：

修改靜態sum方法，使用局部變量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;
    }
}

 

運行程序，結果正確：

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

 

情況三（多線程共享一塊內存區域，但是對這塊共享區域加鎖訪問）：

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;
    }
}

 

運行程序，結果正確：

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