为什么Java中的局部变量是线程安全的？

Question

我正在阅读Java中的多线程，并发现了这个说法：

在Java中，局部变量是线程安全的。

从那以后，我一直在思考局部变量为什么是线程安全的，以及如何实现线程安全。

请问有人能告诉我吗？

- Anand

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因为它们被分配在栈中。而线程不共享栈，每个线程都有自己独特的栈。 - Rohit Jain

Answer 1

当您创建线程时，它将拥有自己的 调用堆栈。两个线程将有两个堆栈，一个线程不与其他线程共享其堆栈。

程序中定义的所有局部变量都将在堆栈中分配内存（正如Jatin所评论的那样，此处的内存指对象的引用值和基本类型的值）（每个线程调用的方法在其自己的堆栈上创建一个堆栈帧）。一旦该线程执行方法完成，堆栈帧将被移除。

在youtube上，有一位斯坦福教授的精彩演讲（链接）或许能够帮助您理解这个概念。

- kosa

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抱歉，您错了。只有原始的局部变量存储在栈上，其余所有变量都存储在堆上。Java 7引入了逃逸分析，对于某些变量可能会将其分配到栈中。 - Jatin

栈只持有指向堆上对象的引用。由于栈会被清空，因此引用也会被清除，因此它可用于垃圾回收。 - Jatin

@Jatin：你说得对。当我提到“memory”时，我的意思是对象的引用值和基本类型的值（我认为初学者开发人员也知道对象存储在堆上）。 - kosa

@Nambari 但是如果引用值指向共享变量，那么我们如何说它是线程安全的呢？ - H.Rabiee

一个变量何时成为共享变量？从这里开始。是实例变量还是类变量？不是局部变量，并且请在本帖中阅读Marko Toplink的答案，我认为那是你所困惑的关键点。 - kosa

Answer 2

本地变量存储在每个线程自己的堆栈中，这意味着本地变量永远不会在线程之间共享。这也意味着所有本地原始变量都是线程安全的。

public void someMethod(){

   long threadSafeInt = 0;

   threadSafeInt++;
}

本地对象的引用有所不同。 引用本身不是共享的。 然而，被引用的对象并没有存储在每个线程的本地堆栈中，而是存储在共享堆中。 如果在创建本地对象后，它从未逃逸到创建它的方法之外，则它是线程安全的。 实际上，只要这些方法或对象中没有一个使传递的对象可供其他线程使用，您也可以将其传递给其他方法和对象

- Renjith

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参数有误，请查看@Nambari回复的注释。 - Jatin

如果你指的是localSafeInt将始终为0，然后为1，最后被删除，那么这很好。因此，它表明此变量不在线程之间共享，因此不受多线程影响。我认为你可以更加强调线程安全始终只是0或1。 - tObi

Answer 3

把方法看做功能的定义。当两个线程运行同一个方法时，它们并没有关联。它们将分别创建自己版本的每个局部变量，并且无法以任何方式相互交互。

如果变量不是局部变量（例如在类级别方法外定义的实例变量），那么它们将附加到该实例上（而不是单独运行方法）。在这种情况下，运行相同方法的两个线程都会看到同一个变量，这就不是线程安全的。

考虑以下两种情况：

public class NotThreadsafe {
    int x = 0;
    public int incrementX() {
        x++;
        return x;
    }
}

public class Threadsafe {
    public int getTwoTimesTwo() {
        int x = 1;
        x++;
        return x*x;
    }
}

第一种情况是，两个在同一个实例的NotThreadsafe上运行的线程将看到相同的x。这可能很危险，因为这些线程正在尝试更改x！第二种情况是，在同一个Threadsafe实例上运行的两个线程将看到完全不同的变量，并且彼此不能影响。

- Cory Kendall

Answer 4

除了Nambari的其他答案，我想指出你可以在匿名类型方法中使用本地变量：

该方法可能会在其他线程中被调用，这可能会危及线程安全性，因此Java强制要求在匿名类型中使用的所有局部变量都必须声明为final。

考虑以下非法代码：

public void nonCompilableMethod() {
    int i=0;
    for(int t=0; t<100; t++)
    {
      new Thread(new Runnable() {
                    public void run() {
                      i++; //compile error, i must be final:
                      //Cannot refer to a non-final variable i inside an
                      //inner class defined in a different method
                    }
       }).start();
     }
  }

如果Java允许这样做（就像C#通过“闭包”一样），那么在所有情况下，局部变量将不再是线程安全的。在这种情况下，所有线程结束时i的值不能保证为100。

- weston

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嗨，韦斯顿， 从以上讨论和以下答案中，我了解到Java可以确保所有本地变量的线程安全性。那么synchronized关键字的实际用途是什么？你能否举个例子来解释一下，就像这个一样。 - Prabhu

Answer 5

线程将拥有自己的栈。两个线程将拥有两个栈，一个线程永远不会与其他线程共享其栈。局部变量存储在每个线程自己的栈中。这意味着局部变量永远不会在线程之间共享。

- Sudhirkumar Murkute

Answer 6

每个方法调用都有自己的本地变量，显然，方法调用发生在单个线程中。只由单个线程更新的变量天生就是线程安全的。

然而，要密切关注什么确切地被认为是“只有”：仅对变量本身的写操作是线程安全的；调用其引用对象的方法本质上不是线程安全的。直接更新对象变量也是如此。

- Marko Topolnik

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你说“在对象上调用方法本身并不是线程安全的”。但是，一个方法局部引用所引用的对象 - 在该方法范围内实例化 - 如何被两个线程共享？你能举个例子吗？ - Akshay Lokur

一个本地变量可能会或可能不会持有在方法范围内实例化的对象，这不是问题的一部分。即使如此，该方法仍然可以访问共享状态。 - Marko Topolnik

Answer 7

Java中有四种类型的存储方式来存储类信息和数据:

方法区，堆，JAVA栈，程序计数器

因此，方法区和堆是所有线程共享的，但每个线程都有自己的JAVA栈和程序计数器，并且不与其他线程共享。

Java中的每个方法都是一个栈帧。当一个线程调用一个方法时，该栈帧会加载到它的JAVA栈上。该栈帧中的所有本地变量和相关的操作数栈不会被其他线程共享。程序计数器将包含在方法字节码中执行下一条指令的信息。因此，所有的局部变量都是线程安全的。

@Weston 也给出了很好的答案。

- Prashant

Answer 8

Java本地变量的线程安全

只有本地变量存储在线程栈上。

基本类型的本地变量（例如int、long等）存储在线程栈中，因此其他线程无法访问它。

引用类型（继承自Object）的本地变量包含两部分-地址（存储在线程栈中）和对象（存储在堆中）。

class MyRunnable implements Runnable() {
    public void run() {
        method1();
    }

    void method1() {
        int intPrimitive = 1;
    
        method2();
    }

    void method2() {
        MyObject1 myObject1 = new MyObject1();
    }
}

class MyObject1 {
    MyObject2 myObject2 = new MyObject2();
}

class MyObject2 {
    MyObject3 myObject3 = MyObject3.shared;
}

class MyObject3 {
    static MyObject3 shared = new MyObject3();

    boolean b = false;
}

[JVM内存模型]

- yoAlex5