Java多线程编程中数据安全的应用研究

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引言

如今，Java多线程编程在很多软件开发设计中得到了普遍应用，它不仅在多处理计算机系统中可以实现多个线程并行执行，充分利用多处理技术提高程序的执行效率，而且还可以提高系统资源的利用率。但是，在Java多线程编程过程中，由于同时有多个线程并发执行，有时会带来严重的问题，甚至引发错误。例如由于资源共享而容易导致的数据安全问题。因此，深入探讨并研究Java多线程编程中的数据安全，确保数据的有效性是十分重要的。

线程：

（1）线程的概念

程序：是一段静态的代码，是为完成特定任务，用某种语言编写的一组指令的集合。

进程：是程序的一次执行过程，对应从代码的加载、执行至执行完毕的一个完整过程。

线程：是程序中一个单一的顺序控制流程，它是程序运行的基本执行单元。

线程是比进程还小的单位。线程有它自己的入口和出口，以及一个顺序执行的序列。线程不能独立存在，必须存在于进程中。

（2）Java多线程的实现

1 Java多线程机制

多线程编程模型仍是目前计算机架构最重要的模型，作为系统应用程序要发挥CPU的最大性能，就是要改变多线程编程模型为主的并行处理系统和并发式应用程序。多线程编程的目的就是最大限度地利用CPU 资源，提高程序执行效率。

Java的多线程机制能够很方便地创建和运行多个独立线程的程序，并且可以创建多个同步线程，实现多个任务的同步执行，这一机制对实现资源共享、防止“死锁”程序的出现极为有用。

在实际应用中，一个程序往往要并发处理多个任务。例如在实际网络应用中，一个服务器程序同一时刻不可能只对一个用户服务，一个优秀的网络服务程序必须能够同时响应多个用户请求，实现并发服务。

Java多线程机制的基本特征就是多个线程并发运行，各线程之间可能会共享资源，也可能要相互合作共同完成某一项任务，那么如何控制这些多线程在具体运行的过程中不产生冲突，是多线程编程过程中必须解决的问题，否则可能会导致程序运行的结果不正确，甚至造成死锁问题。

2 Java多线程程序的数据安全

在多线程程序中，由于同时有多个线程并发执行，会造成访问冲突，使应用程序中数据的一致性被破坏。因此，必须保证数据的有效性和一致性。下面从几种具体情况分析讨论基于Java多线程编程中可能出现的数据安全问题[1]。

2.1 线程对象中的数据安全

虽然在普遍Java应用程序中，对于普通变量、类成员变量、静态变量等可以选择使用访问权限修饰符public、protected和private 等来控制对变量的访问。但是在Java多线程程序中，这些常规的数据保护措施将不能有效地保护数据安全。例如：

程序运行结果为：

线程Thread-0 中的成员变量str为：null。

线程Thread-1 中的成员变量str为：null从结果上看，与理想值不符，发生这种情况的原因是当线程对象t1调用start()方法后就立刻输出了str 的值，而这里run()方法还没有执行到为str 赋值的语句。

要避免这种情况的发生，就需要等run()方法执行完后才执行输出str的代码。这就是Java多线程程序的异步执行机制造成的数据安全问题。这种情况下，可以通过使用Thread 类的join()方法解决，join()方法的作用是等待线程执行完毕，从执行效果上看，使得线程从异步执行变成同步执行，而当线程变成同步执行后，普通对象中的数据就安全了。改进后的程序代码如下：

程序运行结果为：

线程Thread-0 中的成员变量str 为：这是成员变量的数据线程Thread-1 中的成员变量str 为：这是成员变量的数据显然，程序运行结果与理想值是一致的，也就是说线程对象中的数据是安全的。

2.2 共享资源中的数据安全

2.3 线程通信时的数据安全

在多线程程序的执行过程中，对于多个并发执行的线程，如果它们之间存在相互依赖或者次序上的关系，这就要求多线程之间有效通信、相互协调，共同完成某项任务。因此，在实现线程间的相互通信时，保证线程交互中相关数据安全是很关键的[2]。

3 结束语

通过对Java多线程并发机制的深入分析与探讨进一步理解了Java多线程程序中的数据安全问题，指出了在利用Java多线程技术进行实际编程过程中容易出现的数据安全问题以及相应的解决方法，并结合实例分析说明如何采用最佳的编码方案来解决Java多线程编程中的数据安全问题。在应用程序的实际开发设计过程中，合理、有效地利用多线程编程，可以更加充分地利用计算机系统资源、提高程序性能及运行效率。