Java多線程編程中數(shù)據(jù)安全的應(yīng)用研究

廣州東華職業(yè)學(xué)院軟件工程學(xué)院 廣東 廣州 510000

引言

如今，Java多線程編程在很多軟件開發(fā)設(shè)計(jì)中得到了普遍應(yīng)用，它不僅在多處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程并行執(zhí)行，充分利用多處理技術(shù)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(shí)有多個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行，有時(shí)會(huì)帶來嚴(yán)重的問題，甚至引發(fā)錯(cuò)誤。例如由于資源共享而容易導(dǎo)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(wù)，用某種語言編寫的一組指令的集合。

進(jìn)程：是程序的一次執(zhí)行過程，對(duì)應(yīng)從代碼的加載、執(zhí)行至執(zhí)行完畢的一個(gè)完整過程。

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

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

（2）Java多線程的實(shí)現(xiàn)

1 Java多線程機(jī)制

多線程編程模型仍是目前計(jì)算機(jī)架構(gòu)最重要的模型，作為系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)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(jī)制能夠很方便地創(chuàng)建和運(yùn)行多個(gè)獨(dú)立線程的程序，并且可以創(chuàng)建多個(gè)同步線程，實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)的同步執(zhí)行，這一機(jī)制對(duì)實(shí)現(xiàn)資源共享、防止“死鎖”程序的出現(xiàn)極為有用。

在實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)程序往往要并發(fā)處理多個(gè)任務(wù)。例如在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，一個(gè)服務(wù)器程序同一時(shí)刻不可能只對(duì)一個(gè)用戶服務(wù)，一個(gè)優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序必須能夠同時(shí)響應(yīng)多個(gè)用戶請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)并發(fā)服務(wù)。

Java多線程機(jī)制的基本特征就是多個(gè)線程并發(fā)運(yùn)行，各線程之間可能會(huì)共享資源，也可能要相互合作共同完成某一項(xiàng)任務(wù)，那么如何控制這些多線程在具體運(yùn)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(huì)導(dǎo)致程序運(yùn)行的結(jié)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(shí)有多個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行，會(huì)造成訪問沖突，使應(yīng)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(duì)象中的數(shù)據(jù)安全

雖然在普遍Java應(yīng)用程序中，對(duì)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(quán)限修飾符public、protected和private 等來控制對(duì)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(hù)措施將不能有效地保護(hù)數(shù)據(jù)安全。例如：

程序運(yùn)行結(jié)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(jié)果上看，與理想值不符，發(fā)生這種情況的原因是當(dāng)線程對(duì)象t1調(diào)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(jī)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(dāng)線程變成同步執(zhí)行后，普通對(duì)象中的數(shù)據(jù)就安全了。改進(jìn)后的程序代碼如下：

程序運(yùn)行結(jié)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(yùn)行結(jié)果與理想值是一致的，也就是說線程對(duì)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(shí)的數(shù)據(jù)安全

在多線程程序的執(zhí)行過程中，對(duì)于多個(gè)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(guān)系，這就要求多線程之間有效通信、相互協(xié)調(diào)，共同完成某項(xiàng)任務(wù)。因此，在實(shí)現(xiàn)線程間的相互通信時(shí)，保證線程交互中相關(guān)數(shù)據(jù)安全是很關(guān)鍵的[2]。

3 結(jié)束語

通過對(duì)Java多線程并發(fā)機(jī)制的深入分析與探討進(jìn)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(shù)進(jìn)行實(shí)際編程過程中容易出現(xiàn)的數(shù)據(jù)安全問題以及相應(yīng)的解決方法，并結(jié)合實(shí)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(yīng)用程序的實(shí)際開發(fā)設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源、提高程序性能及運(yùn)行效率。