Java多线程下跨类传递变量获取null的解决方案

以下为我开发的多线程项目的高度简化版本，用于以最简形式复现问题，便于理解排查。

项目包含两个类：startSession.java 与 main.java。
我需要在多线程模式下将变量从startSession.java传递到main.java，但目前遇到问题：每次在main类中尝试获取该变量时，返回值均为null。
startSession类中包含run()方法、Setter方法setSessionKey(String sess)与Getter方法getSessionKey()，我使用硬编码变量开展测试。
get方法仅在run()方法内部调用时可正常取值，在main方法中调用getSessionKey()会返回null，运行结果见下方截图。该问题仅在多线程场景下出现：若不使用多线程，直接在main方法中调用run()方法，则可正常获取非null的目标变量值。

请问在多线程场景下，如何实现变量从startSession类到main类的正确传递？

问题相关代码 #

startSession.java #

public class startSession extends Thread {

    static String sessionKey;

    public void run() {
        String createdSession = "83248329";
        setSessionKey(createdSession);
        System.out.println("Inside run method: " + getSessionKey());
    }

    public String getSessionKey() {
        return sessionKey;
    }

    public void setSessionKey(String sess) {
        sessionKey = sess;
    }
}

main.java #

package com.Server;

public class Main {

    static String session;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        startSession startSession = new startSession();

        startSession.start();

        session = startSession.getSessionKey();
        System.out.println("Inside Main: " + session);
    }
}

运行结果 #

• 多线程模式运行结果：
  
• 非多线程模式运行结果：
  

问题根因 #

这是最基础的多线程并发时序+可见性问题，和变量传值逻辑无关：

1. 调用Thread.start()启动子线程后，子线程的run()方法和主线程后续代码是并行执行的，不存在强制先后顺序。你在主线程中立刻调用getSessionKey()时，子线程大概率还没执行到给sessionKey赋值的逻辑，自然拿到的是成员变量的初始值null。
2. 直接在主线程调用run()方法属于同步调用，代码按顺序逐行执行，赋值逻辑完成后才会走取值逻辑，所以能拿到正确结果。
3. 你当前代码里把sessionKey定义为static是错误设计：静态变量属于类所有，不属于单个线程实例，后续创建多个startSession实例时会出现值互相覆盖的问题，应该改为实例私有成员变量。
4. 就算调整时序让子线程先赋值，没有正确的同步手段的话，主线程也可能因为CPU缓存看不到子线程的修改，出现可见性问题。

修复方案 #

最简场景下直接使用Thread.join()即可，这个方法会阻塞调用方线程（这里是主线程），直到子线程执行完毕，同时自带Happens-Before内存可见性保证，子线程对变量的所有修改都会对主线程可见，不需要额外加volatile或者锁。

修正后代码 #

1. 修正startSession类，去掉不合理的static修饰：

public class startSession extends Thread {
    // 改为实例私有变量，避免多实例值互相覆盖
    private String sessionKey;

    public void run() {
        String createdSession = "83248329";
        setSessionKey(createdSession);
        System.out.println("Inside run method: " + getSessionKey());
    }

    public String getSessionKey() {
        return sessionKey;
    }

    public void setSessionKey(String sess) {
        sessionKey = sess;
    }
}

2. 修正Main类，加join()等待子线程执行完成再取值：

package com.Server;

public class Main {

    static String session;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        startSession startSession = new startSession();
        startSession.start();
        // 阻塞主线程，直到子线程执行完毕
        startSession.join();
        session = startSession.getSessionKey();
        System.out.println("Inside Main: " + session);
    }
}

如果后续业务不需要等子线程完全执行完，只需要等sessionKey赋值完成就可以继续后续逻辑，可以使用CountDownLatch、FutureTask等并发工具实现更细粒度的等待控制，不需要死等线程结束。

补充：Java编码规范要求类名使用大驼峰命名，startSession建议重命名为StartSession，main类类名已经是Main符合规范。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Crimson Space