生产中遇到的Java多线程问题

最新推荐文章于 2025-06-28 15:55:54 发布

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#Java多线程 #volatile #单例模式

本文分析了一起在生产环境中遇到的Java多线程问题，该问题由一个看似正常的单例类引发，由于Map对象的初始化与线程并发问题，导致偶发的NullPointerException。通过问题重现、原因分析、验证以及解决方案的探讨，揭示了volatile关键字在多线程场景下的局限性和正确使用单例模式的重要性。

1. 问题场景：前几天一位同事分享了一段代码，这段代码在线上偶尔会报空指针异常，虽然是一个简单的NullPointerException，却是一个很不容易发现的多线程问题导致的，我们一起先来看下代码（这是我复原的测试代码，并非和生产一致，但整体逻辑是一样的）：

public class TestSingleton {

    private static volatile TestSingleton testSingleton = null;

    static Map<String, String> idCard;

    private TestSingleton() {}

    public static TestSingleton init() {

        if (testSingleton == null) {

            synchronized (TestSingleton.class) {

                if (testSingleton == null) {

                    testSingleton = new TestSingleton();

                    idCard = new HashMap<>();

                    idCard.put("aa", "bb");
                }
            }
        }

        return testSingleton;

    }

    public String getIdCard() {

        return idCard.get("aa");

    }


    public static void main(String[] args) {

        TestSingleton testSingleton = TestSingleton.init().getIdCard();    

    }
}

整体来看这位仁兄是实现了一个单例类，看样子没什么问题，只是多了一个Map来实例化并设置一些kv值，从逻辑上来没看出有什么毛病，我一开始看到这个代码确实没看出什么问题来。

如果先不看后续的描述，你能看出问题来吗？

静静地观察一分钟...

2. 问题还原分析：通过观察看出是什么问题了吗？如果你立马定位了原因，那么说明你的多线程还是挺扎实的，接下来我们一块来分析一下问题原因。首先我启动main方法执行，没有发现任何问题，多试几次也没问题，但这并不能说明就真正没问题（要不然生产上的问题就没法解释了），因为我现在这样执行main方法是单线程，只能说明这个代码在单线程场景下是没有任何问题的。现在我将main方法改成多线执行：

public static void main(String[] args) {

        int n = 10;

        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(n);

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(n);

        for (int i = 0; i < n; i++) {

            executorService.execute(() -> {

                TestSingleton.init().getIdCard();

                countDownLatch.countDown();

            });

        }

        try {

            //等待所有线程执行完毕

            countDownLatch.await();

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

        //统计一下执行情况，看是否都执行完成

        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = (ThreadPoolExecutor) executorService;

        System.out.println("总任务数：" + threadPoolExecutor.getTaskCount());

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