前言

本文帶你去深入理解為什么在web環境中(Tomcat +SpringBoot)會存在多線程的問題以及哪些變量會存在線程安全的問題。

Tomcat + SpringBoot

首先我們來看下Tomcat的多線程處理模型：

1、Tomcat內部維護一個工作線程池
2、每個HTTP請求由Tomcat線程池中的一個工作線程處理
3、在高并發場景下，多個線程同時處理不同的HTTP請求

Spring Boot是如何去加載類的：

1、@Component 等注解修飾的類類會被 Spring 掃描到，并放入容器中成為 Bean
2、Spring容器中的Bean是單例的
3、所有請求共享同一個單例的Bean 類
4、所有線程獲得的是同一個Bean 類的引用

正是由于Bean是單例的+每個HTTP請求一個工作線程處理
所以存在多個工作線程同時操作一個Bean實例，這樣就導致了多線程競爭同一個資源，進而導致線程安全的問題。

實際例子去理解單例和多例加載：

單例加載

@Component
public class SingletonCounterService {private int count = 0;public void increase() {count++;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count = " + count);}
}

@SpringBootTest
public class SingletonTest {@Autowiredprivate SingletonCounterService counter;@Testpublic void testMultiThreadSingleton() throws InterruptedException {Runnable task = () -> counter.increase();Thread t1 = new Thread(task, "T1");Thread t2 = new Thread(task, "T2");Thread t3 = new Thread(task, "T3");t1.start();t2.start();t3.start();t1.join();t2.join();t3.join();}
}

T1 count = 1
T2 count = 3
T3 count = 2

結果分析

多個線程同時操作同一個SingletonCounterService實例 內部的共享變量count 導致最后 count為3 而不是每一個都為1

多例加載：

@Component
@Scope("prototype")
public class PrototypeCounterService {private int count = 0;public void increase() {count++;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count = " + count);}
}

@SpringBootTest
public class PrototypeTest {@Autowiredprivate ApplicationContext context;@Testpublic void testMultiThreadPrototype() throws InterruptedException {Runnable task = () -> {PrototypeCounterService counter = context.getBean(PrototypeCounterService.class);counter.increase(); // 每個線程是自己獨立的 bean};Thread t1 = new Thread(task, "T1");Thread t2 = new Thread(task, "T2");Thread t3 = new Thread(task, "T3");t1.start();t2.start();t3.start();t1.join();t2.join();t3.join();}
}

T1 count = 1
T2 count = 1
T3 count = 1

結果分析：

每個線程拿到的是自己獨立的 bean 實例，不共享count。

哪些變量存在線程安全的問題？

經過上面的分析，你已經知道了為什么會存在多線程的問題了吧。（多個線工作線程去操作同一個類實例）那么下一步就是去定位可能存在多線程安全的變量位置。

線程不安全

1、實例變量（成員變量）：

@Service
public class UserService {private User currentUser;  // 不安全：多個線程可能同時修改currentUserprivate int counter = 0;  // 不安全：多線程遞增count不是原子操作
}

2、非線程安全的實例變量

@Service
public class ReportService {private SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");  // 不安全：SimpleDateFormat非線程安全private Map<String, Object> dataCache = new HashMap<>();  // 不安全：HashMap非線程安全private List<User> userCache = new ArrayList<>();  // 不安全：ArrayList是線程不安全的容器 相反vector是線程安全的
}

3、靜態變量：

@Service
public class ConfigService {private static Map<String, String> globalConfig = new HashMap<>();  // 不安全：類變量本身就是跨所有實例共享 
}

線程安全

1、方法內的局部變量：

public void process() {int localCounter = 0;  // 安全：每個方法都有獨立的方法棧 局部變量不共享List<String> localList = new ArrayList<>();  // 安全：局部變量
}

2、不可變（Immutable）實例變量

private final String apiUrl = "https://api.example.com";  // 安全：不可變
private final List<String> constants = Collections.unmodifiableList(Arrays.asList("A", "B"));  // 安全：不可變集合

3、線程安全的實例變量：

private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);  // 安全：原子操作
private ConcurrentHashMap<String, User> userMap = new ConcurrentHashMap<>();  // 安全：并發集合

4、ThreadLocal變量

private ThreadLocal<User> currentUser = new ThreadLocal<>();  // 安全：線程隔離

總結

在Spring+Tomcat環境中，線程安全問題的根本原因是：

Tomcat使用線程池并發處理HTTP請求
Spring默認使用單例Bean
這導致多個線程并發訪問同一個Service實例
當Service包含可變共享狀態時，就會出現線程安全問題