原创：陶朱公Boy（微信公众号ID：taozhugongboy），欢迎分享，转载请保留出处。
大家好，我是陶朱公Boy。
前言
今天跟大家分享一个面试题：
1）什么是类变量、什么是成员变量、什么是局部变量？
2）上述各个变量在内存区域中如何布局？线程安全问题如何？
面试官心理
首先 java中的类变量vs成员变量vs局部变量概念及区别你是否清晰明了。
其次题目中涉及的变量（静态变量、成员变量、局部变量）都分布在具体哪个内存区域？
最后多线程高并发场景下哪些变量能保证线程安全吗？哪些不能？
我们循序渐进的分析
名词解析
类变量vs成员变量vs局部变量
类变量： 也称静态变量，也就是在实例变量前加了static 的变量。类变量定义在类中但独立于方法和语句块之外，静态变量可以通过ClassName.VariableName的方式访问。类变量被声明为public static final类型时，即常量，类变量名称一般使用大写字母。
成员变量：成员变量又称实例变量。它被定义在类中但在任何方法之外，没有static修饰。类的每个对象维护它自己的一份成员变量的副本
1、成员变量定义在类中，在整个类中都可以被访问。
2、成员变量随着对象的建立而建立，随着对象的消失而消失，存在于对象所在的堆内存中。
3、成员变量有默认初始化值。
局部变量：局部变量声明在方法、构造方法或语句块中。它在方法、构造方法、或语句块被执行的时候创建，执行完成后被销毁。它的作用域也局限于方法、构造方法或者语句块中。访问修饰符不能用于局部变量
1、局部变量只定义在局部范围内，如：函数内，语句内等，只在所属的区域有效。
2、局部变量存在于栈内存中，作用的范围结束，变量空间会自动释放。
3、局部变量没有默认初始化值
内存布局
Java 8 的内存结构
实战分析
接下来的这段示例代码，我们类Demo01的main方法内部定义了一个类型A的局部变量a，在类A中定义了一个类变量width;一起看看它们在VM内存区域的分布：
首先：我们本地单测跑的是main方法，主线程调用main方法的时候我们知道会在VM虚拟机栈空间内创建一个栈帧数据结构。
栈帧(Stack Frame)是用来支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，它是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈的栈元素。
栈帧(Stack Frame)存储了方法的局部变量表、操作数栈、动态连接、和方法返回地址、额外的附加信息。
每个方法在执行的同时，都会创建一个栈帧(Stack Frame)。每一个方法从调用开始至执行完成的过程，都对应着一个栈帧在虚拟机栈里面从入栈到出栈的过程。
其次：这里有一个局部变量的引用a指向了A实例对象。这个A对象是被分配在堆内存空间的。
运行时新建的对象都会被分配在堆空间内
还有Class对象也是被分配在堆空间的。
最后：好像还剩一个静态成员变量，看看它会被分配在哪个内存区域呢？ 答案是方法区。（java7及之后存在于堆中，之前存在于方法区内）
方法区：它主要存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等。
线程安全问题
线程安全问题：指多个线程对同一个对象中的同一个实例变量进行操作时，会出现值被更改、值不同步的情况，进而影响程序的执行流程
1）成员变量的线程安全问题？
public class ClassInstanceVariableThreadSafe {
private int number = 0;
public void increate() {
number++;
}
public static void main(String[] args) {
ClassInstanceVariableThreadSafe t = new ClassInstanceVariableThreadSafe();
Thread[] threads=new Thread[20];
//这里启动20个线程
for (int i = 0; i < 20; i++) {
threads[i]= new Thread(()->{
//每个线程对同一个对象t内部的成员变量number变量进行10000次累加操作
for(int j=0;j<10000;j++){
t.increate();
}
});
threads[i].start();
}
//等待所有累加线程都结束
while (Thread.activeCount() > 1) {
Thread.yield();
}
System.out.println(t.number);
}
}
多次执行Main方法有可能会得到如下结果：
上述这段代码发起20个线程，每个线程对同一个实例t发起10000次累加，按照我们的理解，最终的结果应该是200000。不过另你失望了，结果每次都不一样，甚至是我截图的数字。为什么？
只能说明一定，存在于堆内存中的成员变量，因为被所有线程共享，所以是线程不安全的。
接下来，我们再一起看一下静态变量的线程安全问题？
2）静态变量是否线程安全呢？
public class StaticVariableThreadSafeDemo {
private static int number;
public void increate() {
number++;
}
public static void main(String[] args) {
// StaticVariableThreadSafeDemo staticVariableThreadSafeDemo=new StaticVariableThreadSafeDemo();
Thread[] threads=new Thread[20];
//这里启动20个线程
for (int i = 0; i < 20; i++) {
threads[i]= new Thread(()->{
for(int j=0;j<10000;j++){
//为了说明问题，每个线程我们新建10000个对象分别调用其increate方法
new StaticVariableThreadSafeDemo().increate();
}
});
threads[i].start();
}
//等待所有累加线程都结束
while (Thread.activeCount()>1){
//我的任务处理的差不多了，可以让给相同优先级的线程CPU资源了；不过确实只是一个暗示，没有任何机制保证它的建议将被采纳；
Thread.yield();
}
System.out.println(number);
}
多次执行Main方法有可能会得到如下结果：
说明静态成员变量(jdk8位于堆内存中)，因为被所有线程共享，所以本身也是线程不安全的！
本文完！
作者简介：陶朱公Boy (taozhugongboy)，一二线互联网JAVA技术专家。欢迎关注我的微信公众号:『陶朱公Boy』，我们一起进步、一起成长！
