Java多線程編程中數(shù)據(jù)安全的應用研究

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引言

如今，Java多線程編程在很多軟件開發(fā)設計中得到了普遍應用，它不僅在多處理計算機系統(tǒng)中可以實現(xiàn)多個線程并行執(zhí)行，充分利用多處理技術提高程序的執(zhí)行效率，而且還可以提高系統(tǒng)資源的利用率。但是，在Java多線程編程過程中，由于同時有多個線程并發(fā)執(zhí)行，有時會帶來嚴重的問題，甚至引發(fā)錯誤。例如由于資源共享而容易導致的數(shù)據(jù)安全問題。因此，深入探討并研究Java多線程編程中的數(shù)據(jù)安全，確保數(shù)據(jù)的有效性是十分重要的。

線程：

（1）線程的概念

程序：是一段靜態(tài)的代碼，是為完成特定任務，用某種語言編寫的一組指令的集合。

進程：是程序的一次執(zhí)行過程，對應從代碼的加載、執(zhí)行至執(zhí)行完畢的一個完整過程。

線程：是程序中一個單一的順序控制流程，它是程序運行的基本執(zhí)行單元。

線程是比進程還小的單位。線程有它自己的入口和出口，以及一個順序執(zhí)行的序列。線程不能獨立存在，必須存在于進程中。

（2）Java多線程的實現(xiàn)

1 Java多線程機制

多線程編程模型仍是目前計算機架構最重要的模型，作為系統(tǒng)應用程序要發(fā)揮CPU的最大性能，就是要改變多線程編程模型為主的并行處理系統(tǒng)和并發(fā)式應用程序。多線程編程的目的就是最大限度地利用CPU 資源，提高程序執(zhí)行效率。

Java的多線程機制能夠很方便地創(chuàng)建和運行多個獨立線程的程序，并且可以創(chuàng)建多個同步線程，實現(xiàn)多個任務的同步執(zhí)行，這一機制對實現(xiàn)資源共享、防止“死鎖”程序的出現(xiàn)極為有用。

在實際應用中，一個程序往往要并發(fā)處理多個任務。例如在實際網(wǎng)絡應用中，一個服務器程序同一時刻不可能只對一個用戶服務，一個優(yōu)秀的網(wǎng)絡服務程序必須能夠同時響應多個用戶請求，實現(xiàn)并發(fā)服務。

Java多線程機制的基本特征就是多個線程并發(fā)運行，各線程之間可能會共享資源，也可能要相互合作共同完成某一項任務，那么如何控制這些多線程在具體運行的過程中不產(chǎn)生沖突，是多線程編程過程中必須解決的問題，否則可能會導致程序運行的結果不正確，甚至造成死鎖問題。

2 Java多線程程序的數(shù)據(jù)安全

在多線程程序中，由于同時有多個線程并發(fā)執(zhí)行，會造成訪問沖突，使應用程序中數(shù)據(jù)的一致性被破壞。因此，必須保證數(shù)據(jù)的有效性和一致性。下面從幾種具體情況分析討論基于Java多線程編程中可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)安全問題[1]。

2.1 線程對象中的數(shù)據(jù)安全

雖然在普遍Java應用程序中，對于普通變量、類成員變量、靜態(tài)變量等可以選擇使用訪問權限修飾符public、protected和private 等來控制對變量的訪問。但是在Java多線程程序中，這些常規(guī)的數(shù)據(jù)保護措施將不能有效地保護數(shù)據(jù)安全。例如：

程序運行結果為：

線程Thread-0 中的成員變量str為：null。

線程Thread-1 中的成員變量str為：null從結果上看，與理想值不符，發(fā)生這種情況的原因是當線程對象t1調用start()方法后就立刻輸出了str 的值，而這里run()方法還沒有執(zhí)行到為str 賦值的語句。

要避免這種情況的發(fā)生，就需要等run()方法執(zhí)行完后才執(zhí)行輸出str的代碼。這就是Java多線程程序的異步執(zhí)行機制造成的數(shù)據(jù)安全問題。這種情況下，可以通過使用Thread 類的join()方法解決，join()方法的作用是等待線程執(zhí)行完畢，從執(zhí)行效果上看，使得線程從異步執(zhí)行變成同步執(zhí)行，而當線程變成同步執(zhí)行后，普通對象中的數(shù)據(jù)就安全了。改進后的程序代碼如下：

程序運行結果為：

線程Thread-0 中的成員變量str 為：這是成員變量的數(shù)據(jù)線程Thread-1 中的成員變量str 為：這是成員變量的數(shù)據(jù)顯然，程序運行結果與理想值是一致的，也就是說線程對象中的數(shù)據(jù)是安全的。

2.2 共享資源中的數(shù)據(jù)安全

2.3 線程通信時的數(shù)據(jù)安全

在多線程程序的執(zhí)行過程中，對于多個并發(fā)執(zhí)行的線程，如果它們之間存在相互依賴或者次序上的關系，這就要求多線程之間有效通信、相互協(xié)調，共同完成某項任務。因此，在實現(xiàn)線程間的相互通信時，保證線程交互中相關數(shù)據(jù)安全是很關鍵的[2]。

3 結束語

通過對Java多線程并發(fā)機制的深入分析與探討進一步理解了Java多線程程序中的數(shù)據(jù)安全問題，指出了在利用Java多線程技術進行實際編程過程中容易出現(xiàn)的數(shù)據(jù)安全問題以及相應的解決方法，并結合實例分析說明如何采用最佳的編碼方案來解決Java多線程編程中的數(shù)據(jù)安全問題。在應用程序的實際開發(fā)設計過程中，合理、有效地利用多線程編程，可以更加充分地利用計算機系統(tǒng)資源、提高程序性能及運行效率。