面试题：Java静态变量与静态方法在多线程环境下的表现

Question

在多线程并发访问的场景中，Java的静态变量和静态方法会出现哪些问题？如何确保静态变量在多线程环境下的线程安全？请结合实际代码说明同步机制（如synchronized关键字、锁等）在这种场景下的应用。

Answer 1

多线程并发访问Java静态变量和静态方法的问题

1. 数据不一致问题：多个线程同时访问和修改静态变量时，可能会导致数据不一致。因为线程的执行顺序是不确定的，可能会出现一个线程读取了静态变量的值，然后另一个线程修改了该值，第一个线程再进行操作时，使用的就是过期的数据。
2. 竞态条件（Race Condition）：静态方法如果涉及对静态变量的操作，在多线程环境下也会出现竞态条件。多个线程竞争对静态变量的操作权，导致程序运行结果不可预测。

确保静态变量在多线程环境下线程安全的方法

1. 使用synchronized关键字：
   • 修饰静态方法：当synchronized修饰静态方法时，锁对象是该类的Class对象。所有线程访问该静态方法时，需要获取该类的Class对象的锁。

   public class StaticThreadSafeExample {
       private static int count = 0;
   
       public static synchronized void increment() {
           count++;
       }
   
       public static int getCount() {
           return count;
       }
   }
   

   • 修饰静态代码块：同样可以通过synchronized修饰静态代码块来保证线程安全，锁对象同样是该类的Class对象。

   public class StaticThreadSafeExample2 {
       private static int count = 0;
   
       static {
           synchronized (StaticThreadSafeExample2.class) {
               // 这里可以进行一些初始化操作，且线程安全
               count = 10;
           }
       }
   
       public static int getCount() {
           return count;
       }
   }
   

2. 使用锁（Lock接口）：java.util.concurrent.locks.Lock接口提供了更灵活的锁机制。可以使用ReentrantLock来保证静态变量的线程安全。

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class StaticThreadSafeWithLock {
    private static int count = 0;
    private static final Lock lock = new ReentrantLock();

    public static void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static int getCount() {
        return count;
    }
}

在上述代码中，ReentrantLock保证了在同一时间只有一个线程可以执行increment方法中修改静态变量count的代码，从而确保了线程安全。在使用Lock时，需要注意在try - finally块中进行加锁和解锁操作，以避免异常情况下锁未释放的问题。