11 | Java线程（下）：为什么局部变量是线程安全的？

原创消失er 架构道与术

我们一遍一遍重复讲到，多个线程同时访问共享变量时，会导致并发问题，那在Java 语言里，是不是所有的变量都是共享变量呢？工作中我发现不少同学会给方法里的局部变量设置同步，显然这些同学并没有把共享变量说清楚。那么Java 方法里的局部变量是否存在并发问题呢？

其实很多人都知道局部变量是不存在数据竞争的，至于原因嘛，就说不清楚了。

那它背后的原因到底是什么样的呢？要弄清楚这个，你需要一点编译原理的知识，你知道在CPU 层面，是没有方法概念的。CPU 的眼里只有一条条的指令。编译程序，负责把高级语言里的方法转换成一条条的指令。所以你可以站在编译器实现的角度来思考，怎么完成方法到指令的转换？

方法是如何被执行的

高级语言的普通语句里，翻译成 CPU 的指令相对简单，可方法的调用就比较复杂了。例如下面这三行代码：第 1 行，声明一个 int 变量 a；第 2 行，调用方法 fibonacci(a)；第 3 行，将 b 赋值给 c。

int a = 7；int[] b = fibonacci(a);int[] c = b;

当你调用 fibonacci(a) 的时候，CPU 要先找到方法 fibonacci() 的地址，然后跳转到这个地址去执行代码，最后 CPU 执行完方法 fibonacci() 之后，要能够返回。首先找到调用方法的下一条语句地址，：也就是int[] c=b;的地址，再跳转到这个地址去执行。你可以参考下面这个图再加深一下理解

到这里，方法调用的过程你就清楚了，但还有一个重要问题，“CPU 去哪里找到调用方法的参数和返回地址？” 如果你熟悉CPU的工作原理，你应该立刻会想到：通过CPU的堆栈寄存器。CPU 支持一种栈结构，先入后出。因为这个栈是和方法调用相关的，所以叫做调用栈。

例如，有三个方法 A、B、C，他们的调用关系是 A->B->C（A 调用 B，B 调用 C），在运行时，会构建出下面这样的调用栈。每个方法在调用栈里都有自己的独立空间，称为栈帧，每个栈帧里都有对应方法需要的参数和返回地址。当调用方法时，会创建新的栈帧，并压入调用栈；当方法返回时，对应的栈帧就会被自动弹出。也就是说，栈帧和方法是同生共死的。

利用栈结构来支持方法调用这个方案非常普遍，以至于 CPU 里内置了栈寄存器。虽然各家编程语言定义的方法千奇百怪，但是方法的内部执行原理却是出奇的一致：都是靠栈结构解决的。Java 语言虽然是靠虚拟机解释执行的，但是方法的调用也是利用栈结构解决的。

局部变量存哪里？

我们已经知道方法的调用在CPU 眼里是怎么执行的。但还有一个关键问题:方法内的局部变量存哪里？

局部变量的作用域是方法内部，也就是说当方法执行完，局部变量就没用了。局部变量应该和方法共生死。此时你应该会想到调用栈的栈帧，调用栈的栈帧就是和方法同生共死的，所以局部变量放到调用栈里那儿是相当的合理。事实上，的确是这样的，局部变量就是放到了调用栈里。于是调用栈的结构就变成了下图这样。

这个结论相信很多人都知道，因为学 Java 语言的时候，基本所有的教材都会告诉你 new 出来的对象是在堆里，局部变量是在栈里，只不过很多人并不清楚堆和栈的区别，以及为什么要区分堆和栈。现在你应该很清楚了，局部变量是和方法同生共死的，一个变量如果想跨越方法的边界，就必须创建在堆里。

调用栈与线程

两个线程可以同时用不同的参数调用相同的方法。那调用栈跟线程是一种什么关系呢？答案：每个线程都有自己独立的调用栈。如果不是这样，那么线程就相互干扰了，如下图所示：

现在，让我们回过头来再看篇首的问题：Java 方法里面的局部变量是否存在并发问题？现在你应该很清楚了，一点问题都没有。因为每个线程都有自己的调用栈，局部变量保存在线程各自的调用栈里面，不会共享，所以自然也就没有并发问题。再次重申一遍：没有共享，就没有伤害。

线程封闭

方法里的局部变量，因为不会和其他线程共享，所以没有并发问题，这个思路很好，已经成为解决并发问题的一种途径。同时还有个响亮的名字叫做 线程封闭。

即仅在单线程内访问数据。由于不存在共享，所以即便不同步也不会出现并发问题。

采用线程封闭技术的案例非常多，例如从数据库连接池里面获取的Connection ，在 JDBC 规范里并没有要求这个 Connection 必须是线程安全的。数据库连接池通过线程封闭技术，保证一个 Connection 一旦被一个线程获取之后，在这个线程关闭 Connection 之前的这段时间里，不会再分配给其他线程，从而保证了 Connection 不会有并发问题。

总结&课后思考

调用栈是一个通用的计算机概念，所有的编程语言都会涉及。

常听人说，递归调用太深，可能导致栈溢出。你思考一下原因是什么？有哪些解决方案呢？

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