【并发技术06】线程范围内共享数据

假设现在有个公共的变量 data，有不同的线程都可以去操作它，如果在不同的线程对 data 操作完成后再去取这个 data，那么肯定会出现线程间的数据混乱问题，因为 A 线程在取 data 数据前可能 B 线程又对其进行了修改，下面写个程序来说明一下该问题：

1. public class ThreadScopeShareData {

2.    private static int data = 0;//公共的数据

3.    public static void main(String[] args) {

4.        for(int i = 0; i < 2; i ++) { //开启两个线程

5.            new Thread(new Runnable() {

6.                @Override

7.                public void run() {

8.                    int temp = new Random().nextInt();

9.                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has put a data: " + temp); //打印出来为了看效果

10.                    data = temp; //操作数据：赋新值

11.                    new TestA().getData();

12.                    new TestB().getData();

13.                }

14.            }).start();

15.        }

16.    }

17.    static class TestA {

18.        public void getData() {

19.            System.out.println("A get data from " + Thread.currentThread().getName() + ": " + data);//取出公共数据data

20.        }

21.    }

22.    static class TestB {

23.        public void getData() {

24.            System.out.println("B get data from " + Thread.currentThread().getName() + ": " + data);

25.        }

26.    }

27. }

我们来看一下打印出来的结果：

Thread-0 has put a data: -1885917900
Thread-1 has put a data: -1743455464
A get data from Thread-0: -1743455464
A get data from Thread-1: -1743455464
B get data from Thread-1: -1743455464
B get data from Thread-0: -1743455464

从结果中可以看出，两次对 data 赋的值确实不一样，但是两个线程最后打印出来的都是最后赋的那个值，说明 Thread-0 拿出的数据已经不对了，这就是线程间共享数据带来的问题。

当然，我们完全可以使用 synchronized 关键字将 run() 方法中的几行代码给套起来，这样每个线程各自执行完，打印出各自的信息，这是没问题的，确实可以解决上面的线程间共享数据问题。但是，这是以其他线程被阻塞为代价的，即 Thread-0 在执行的时候，Thread-1 就被阻塞了，必须等待 Thread-0 执行完了才能执行。

那么如果我想两个线程同时跑，并且互不影响各自取出的值，该怎么办呢？这也是本文所要总结的重点，解决该问题的思想是：虽然现在都在操作公共数据 data，但是不同的线程本身对这个 data 要维护一个副本，这个副本不是线程间所共享的，而是每个线程所独有的，所以不同线程中所维护的 data 是不一样的，最后取的时候，是哪个线程，我就从哪个线程中取该 data。

基于上面这个思路，我们再把上面的程序做一修改，如下：

1. public class ThreadScopeShareData {

2.    private static int data = 0;//公共的数据

3.    //定义一个Map以键值对的方式存储每个线程和它对应的数据，即Thread：data

4.    private static Map<Thread, Integer> threadData = Collections.synchronizedMap(new HashMap<Thread, Integer>());  

5.    public static void main(String[] args) {

6.        for(int i = 0; i < 2; i ++) {

7.            new Thread(new Runnable() {

8.                @Override

9.                public void run() {

10.                    int temp = new Random().nextInt();

11.                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has put a data: " + temp); //打印出来为了看效果                  

12.                    threadData.put(Thread.currentThread(), temp); //向Map中存入本线程data数据的一个副本

13.                    data = temp; //操作数据：赋新值

14.                    new TestA().getData();

15.                    new TestB().getData();

16.                }

17.            }).start();

18.        }

19.    }

20.    static class TestA {

21.        public void getData() {

22.            System.out.println("A get data from " + Thread.currentThread().getName() + ": "

23.                + threadData.get(Thread.currentThread())); //取出各线程维护的那个副本

24.        }

25.    }

26.    static class TestB {

27.        public void getData() {

28.            System.out.println("B get data from " + Thread.currentThread().getName() + ": "

29.                + threadData.get(Thread.currentThread()));

30.        }

31.    }

32. }

上面程序中维护了一个 Map，键值对分别是线程和它的数据，那么在操作 data 的时候，先把各自的数据保存到这个 Map 中，这样每个线程保存的肯定不同，当再取的时候，根据当前线程对象作为 key 来取出对应的 data 副本，这样不同的线程之间就不会相互影响了。这个 HashMap 也需要包装一下，因为 HashMap 是非线程安全的，上面的程序中，不同的线程有对 HashMap 进行写操作，就有可能产生并发问题，所以也要包装一下。最后来看一下执行结果：

Thread-0 has put a data: 1817494992
Thread-1 has put a data: -1189758355
A get data from Thread-0: 1817494992
A get data from Thread-1: -1189758355
B get data from Thread-0: 1817494992
B get data from Thread-1: -1189758355

就是线程范围内共享数据，即同一个线程里面这个数据是共享的，线程间是不共享的。

这让我联想到了学习数据库的时候用到的 ThreadLocal，操作数据库需要 connection，如果当前线程中有就拿当前线程中存的 connection，否则就新建一个放到当前线程中，这样就不会出现问题，因为每个线程本身共享了一个 connection，它不是线程间共享的。这也很好理解，这个 connection 肯定不能共享，假设 A 和 B 用户都拿到这个 connection 并开启了事务，现在 A 开始转账了，但是钱还没转好，B 转好了关闭了事务，那么 A 那边就出问题了。线程范围内共享数据的问题就总结这么多吧。

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