為什么局部變量是線程安全的？
前言
方法中的變量（即局部變量）是不存在數(shù)據(jù)競爭（Data Race）的，也是線程安全的。為了理解為什么，我們先來了一下方法是如何被執(zhí)行的，然后再分析局部變量的安全性，最后再介紹利用局部變量不會共享的特點而產(chǎn)生的解決并發(fā)問題的一些技術(shù)。
方法是如何被執(zhí)行的
int?a = 7；
int[] b = fibonacci(a);
int[] c = b;以上代碼轉(zhuǎn)換成CPU指令執(zhí)行，方法的調(diào)用過程示意圖如下：（圖來自參考[1]）
當(dāng)調(diào)用fibonacci(a)時，CPU要先找到方法fibonacci()的地址（在CPU堆棧寄存器中），然后跳轉(zhuǎn)到這個地址去執(zhí)行代碼（藍(lán)色線），最后CPU執(zhí)行完方法，再返回原來調(diào)用方法的下一條語句（紅色線）。
CPU找調(diào)用方法的參數(shù)和返回地址，是通過堆棧寄存器。CPU支持一種線性結(jié)構(gòu)，因為與方法調(diào)用有關(guān)，所以也稱為調(diào)用棧。
再舉個例子，有三個方法A、B、C。方法A中調(diào)用方法B，方法B中調(diào)用方法C。那么將會構(gòu)建出如下調(diào)用棧。每個方法在調(diào)用棧里都有自己的獨立空間，稱為棧幀。每個棧幀都有對應(yīng)方法需要的參數(shù)和返回地址。當(dāng)調(diào)用新方法時，會創(chuàng)建新的棧幀，并壓入調(diào)用棧；當(dāng)方法返回時，對應(yīng)的棧幀就會被自動彈出。即，棧幀和方法同生共死。
三個方法生成的調(diào)用棧如上圖所示。
不同的編程語言雖定義方法雖各有所異，但是它們執(zhí)行方法的原理卻是一致的：都是依靠棧結(jié)構(gòu)解決。Java語言雖然是靠虛擬機(jī)解釋執(zhí)行，但是方法的調(diào)用也是利用棧結(jié)構(gòu)解決的。
局部變量的存放位置
局部變量是定義在方法內(nèi)，作用域也是在方法內(nèi)部。當(dāng)方法運行結(jié)束后，局部變量也就失效了。那么我們可以得出，局部變量的存放位置應(yīng)該在調(diào)用棧中。事實上，局部變量就是存放到調(diào)用棧中的。
調(diào)用棧與線程
兩個線程可以同時用不同的參數(shù)調(diào)用相同的方法，那么調(diào)用棧和線程之間是什么關(guān)系呢？答案就是：每個線程都有自己獨立的調(diào)用棧。
所以，Java方法里面的局部變量是不存在并發(fā)問題的。每個線程都有自己獨立的調(diào)用棧，局部變量保存在各自的調(diào)用棧中，不會被共享，自然也就沒有并發(fā)問題。
利用不共享解決并發(fā)問題的技術(shù): 線程封閉
當(dāng)多線程訪問沒有同步的可變共享變量時就會出現(xiàn)并發(fā)問題，而解決方案之一便是使變量不共享。變量不會和其他變量共享，也就不會存在并發(fā)問題。僅在單線程里訪問數(shù)據(jù)，不需要同步，我們稱之為線程封閉。當(dāng)某個對象封閉在一個線程中時，這種用法將自動實現(xiàn)線程安全性，即使被封閉的對象本身不是線程安全的。
采用線程封閉技術(shù)的案例非常多。例如一種常見的應(yīng)用便為JDBC的Connection對象。從數(shù)據(jù)庫連接池中獲取一個Connection對象，在JDBC規(guī)范中并沒有要求這個Connection一定是線程安全的。數(shù)據(jù)庫連接池通過線程封閉技術(shù)，保證一個Connection對象一旦被一個線程獲取之后，在這個Connection對象返回之前，連接池不會將它分配給其他線程，從而保證了Connection對象不會有并發(fā)問題。
線程封閉技術(shù)的一個具體實現(xiàn)是我們上面提到的局部變量的使用（棧封閉），還有一種需要提一下，即ThreadLocal類。
ThreadLoacl類
維持線程封閉性一種更規(guī)范方法是使用ThreadLocal，這個類能使線程中的某個值與保存值的對象相關(guān)聯(lián)起來。ThreadLocal提供了get()和set()等訪問接口，這些方法為每個使用該變量的線程都存有一份獨立的副本，因此get()總是返回由當(dāng)前執(zhí)行線程在調(diào)用set()時設(shè)置的最新值。
ThreadLocal對象通常用于防止對可變的單實例變量（Singleton）或全局變量進(jìn)行共享。
例如，在單線程應(yīng)用程序中可能會維持一個全局的數(shù)據(jù)庫連接，并在線程啟動時初始化這個連接對象，從而避免在調(diào)用每個方法時都要傳遞一個Connection對象。由于JDBC的連接對象不一定線程安全的，因此，當(dāng)多線程應(yīng)用程序在沒有協(xié)同的情況下使用全局變量時，就不是線程安全的。通過將JDBC的連接保存到ThreadLocal對象中，每個線程都會擁有屬于自己的連接。
如以下代碼所示，利用ThreadLocal來維持線程的封閉性：(代碼來自參考[2])
public?class?ConnectionDispenser?{
????static?String DB_URL = "jdbc:mysql://localhost/mydatabase";
????private?ThreadLocal connectionHolder
????????= new?ThreadLocal() {
????????public?Connection initialValue() {
????????????try?{
????????????????return?DriverManager.getConnection(DB_URL);
????????????} catch?(SQLException e) {
????????????????throw?new?RuntimeException("Unable to acquire Connection, e");
????????????}
????????};
????};
????public?Connection getConnection() {
????????return?connectionHolder.get();
????}
} 當(dāng)某個頻繁執(zhí)行的操作需要一個臨時對象，例如一個緩沖區(qū)，而同時又希望避免在每次執(zhí)行時都重新分配該臨時對象，就可以使用這項技術(shù)。例如，在Java 5.0之前，Integer.toString()方法使用ThreadLocal對象來保存一個12字節(jié)大小的緩沖區(qū)，用于對結(jié)果進(jìn)行格式化，而不是使用共享的靜態(tài)緩沖區(qū)（需要使用加鎖機(jī)制）或者每次調(diào)用時都分配一個新的緩沖區(qū)。
小結(jié)
知道方法是如何調(diào)用的也就明白了局部變量為什么是線程安全的。方法調(diào)用會產(chǎn)生棧幀，局部變量會放在棧幀的工作內(nèi)存中，線程之間不共享，故不存在線程安全問題。后面我們介紹了基于不共享解決并發(fā)問題的線程封閉技術(shù)，除了不共享這種思想可以解決并發(fā)問題，還有兩種：使用不可變變量和正確使用同步機(jī)制。
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