多线程学习笔记04线程同步

每个线程都在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致

当余票数显示为1时，我、你、黄牛党都看到余数为1，都进行买票操作，当其中一个人成功拿到1时，余票为0，0被第二个人拿到后，余票为-1且被第三个人拿到，这就是原因所在。由此可见，如果不让三者排队，则线程会变得非常不安全。

案例二，银行取钱：

//不安全的取钱

public class UnsafeBank {

public static void main(String[] args) {

//账户

Account account = new Account(100, “结婚基金”);

Drawing you = new Drawing(account, 50, “你”);//你要取50万

Drawing girlfriend = new Drawing(account, 100, “girlfriend”);//你你女朋友要全部取走

//你们两个都要取钱

you.start();

girlfriend.start();

}

}

//账户

class Account {

int money;//余额

String name;//卡名

public Account(int money, String name) {

this.money = money;

this.name = name;

}

}

//银行，模拟取款

class Drawing extends Thread {

Account account;//账户

//取了多少钱

int drawingMoney;

//手中现有多少钱

int nowMoney;

public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name) {

super(name);

this.account = account;

this.drawingMoney = drawingMoney;

}

//取钱

@Override

public void run() {

//判断有没有钱

if (account.money - drawingMoney < 0) {

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + “钱不够，无法取钱”);

return;

}

try {

Thread.sleep(1000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

//卡内余额=余额-你取的钱

account.money = account.money - drawingMoney;

//手中的钱

nowMoney = nowMoney + drawingMoney;

System.out.println(account.name + “余额为：” + account.money);

//这里this.getName()等价于Thread.currentThread().getName()

System.out.println(this.getName() + “手里的钱” + nowMoney);

}

}

运行结果：

原本卡内只有100万，两人都成功取钱，卡中余额为-50，线程不安全！

案例三，不安全的集合：

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

//线程不安全的集合，ArrayList就是一个

public class UnsafeList {

public static void main(String[] args) {

List list = new ArrayList();

for (int i = 0; i < 10000; i++) {

new Thread(() -> {

list.add(Thread.currentThread().getName());

}).start();

}

System.out.println(list.size());

}

}

不安全的原因是有两个线程在同一瞬间，将两个数组添加到同一个位置，从而产生了数据覆盖。

同步方法

• 由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被方法访问（get、set方法），所以我们只需要针对方法提出一套机制，这套机制就是synchronized 关键字，它包括两种用法：synchronized方法和synchronized块

同步方法： public synchronized void method(int args){}

• synchronized方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行

缺陷：若将一个大的方法申明为synchronized 将会影响效率

同步方法弊端

• 方法里面需要修改的内容才需要锁，锁的太多，浪费资源

将购票案例优化：

public class UnsafeBuyTicket {

public static void main(String[] args) {

BuyTicket station = new BuyTicket();

//三个人买票

new Thread(station, “我”).start();

new Thread(station, “你”).start();

new Thread(station, “黄牛党”).start();

}

}

class BuyTicket implements Runnable {

//票

private int ticketNums = 10;

boolean flag = true;//外部停止方式

@Override

public void run() {

//买票

while (flag) {

buy();

}

}

//synchronized同步方法，锁的是this

private synchronized void buy() {

//判断是否有票

if (ticketNums <= 0) {

flag = false;

return;

}

//模拟延时

try {

Thread.sleep(80);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

//买票

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + “拿到了” + ticketNums–);

}

}

运行结果：

• 同步块：synchronized (Obj ){ }

• Obj称之为同步监视器

Obj可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器

同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是this ，就是这个对象本身，或者是 class[反射中讲解]

• 同步监视器的执行过程

1、第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码；

2、第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问；

3、第一个线程访问完毕，解锁同步监视器；

4、第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问

优化取钱案例：

public class UnsafeBank {

public static void main(String[] args) {

//账户

Account account = new Account(100, “结婚基金”);

Drawing you = new Drawing(account, 50, “你”);//你要取50万

Drawing girlfriend = new Drawing(account, 100, “girlfriend”);//你你女朋友要全部取走

//你们两个都要取钱

you.start();

girlfriend.start();

}

}

//账户

class Account {

int money;//余额

String name;//卡名

public Account(int money, String name) {

this.money = money;

this.name = name;

}

}

//银行，模拟取款

class Drawing extends Thread {

Account account;//账户

//取了多少钱

int drawingMoney;

//手中现有多少钱

int nowMoney;

public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name) {

super(name);

this.account = account;

this.drawingMoney = drawingMoney;

}

//取钱

@Override

public void run() {

//锁的对象就是变化的量，需要增删改的对象

synchronized (account) {

//判断有没有钱

if (account.money - drawingMoney < 0) {

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + “钱不够，无法取钱”);

return;

}

try {

Thread.sleep(1000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

//卡内余额=余额-你取的钱

account.money = account.money - drawingMoney;

//手中的钱

nowMoney = nowMoney + drawingMoney;

System.out.println(account.name + “余额为：” + account.money);

//这里this.getName()等价于Thread.currentThread().getName()

System.out.println(this.getName() + “手里的钱” + nowMoney);

}

}

}

运行结果：

至于不安全的集合：

public class UnsafeList {

public static void main(String[] args) {

List list = new ArrayList();

for (int i = 0; i < 10000; i++) {

new Thread(() -> {

synchronized (list) {

list.add(Thread.currentThread().getName());

}

}).start();

}

try {

Thread.sleep(3000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.println(list.size());

}

}

死锁

多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形。某一个同步块同时拥有“两个以上对象的锁”时，就可能会发生“死锁”的问题。

案例 化妆：

化妆需要两个资源，口红和镜子

//死锁：多个线程互相抱着对方需要的资源，然后形成僵持

public class DeadLock {

public static void main(String[] args) {

Makeup g1 = new Makeup(0, “灰姑娘”);

Makeup g2 = new Makeup(1, “白雪公主”);

g1.start();

g2.start();

}

}

//口红

class Lipstick {

}

//镜子

class Mirror {

}

class Makeup extends Thread {

//需要的资源只有一份，用static来保证

static Lipstick lipstick = new Lipstick();

static Mirror mirror = new Mirror();

int choice;//选择

String girlName;//使用化妆品的人

public Makeup(int choice, String girlName) {

this.choice = choice;

this.girlName = girlName;

}

@Override

public void run() {

try {

makeup();

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

//化妆方法,互相持有对方的锁，需要拿到对方的资源

private void makeup() throws InterruptedException {

if (choice == 0) {

synchronized (lipstick) {//获得口红的锁

System.out.println(this.girlName + “获得口红的锁”);

Thread.sleep(1000);

synchronized (mirror) {//一秒钟后想获得镜子

System.out.println(this.girlName + “获得镜子的锁”);

}

}

} else {

synchronized (mirror) {//获得镜子的锁

System.out.println(this.girlName + “获得镜子的锁”);

Thread.sleep(2000);

synchronized (lipstick) {//一秒钟后想获得镜子

System.out.println(this.girlName + “获得口红的锁”);

}

}

}

}

}

运行结果：

灰姑娘获得口红，下一步她想获得镜子，而白雪公主获得了镜子，下一步她想获得口红，所以程序僵持在这里无法继续。

解决办法：

private void makeup() throws InterruptedException {

if (choice == 0) {

synchronized (lipstick) {//获得口红的锁

System.out.println(this.girlName + “获得口红的锁”);

Thread.sleep(1000);

}

synchronized (mirror) {//一秒钟后想获得镜子

System.out.println(this.girlName + “获得镜子的锁”);

}

} else {

synchronized (mirror) {//获得镜子的锁

System.out.println(this.girlName + “获得镜子的锁”);

Thread.sleep(2000);

}

synchronized (lipstick) {//一秒钟后想获得镜子

System.out.println(this.girlName + “获得口红的锁”);

}

}

}

不要抱着对方的锁

运行结果：

小结

产生死锁的四个必要条件：

• 1、互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。

• 2、请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。

• 3、不剥夺条件:进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺。

• 4、循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

以上四个必要条件，只要想办法破其中的任意一个或多个条件就可以避免死锁发生

Lock（锁）

• 从JDK 5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当

• java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象

• ReentrantLock类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁。

案例，多个线程操作同一个对象：

public class TestLock {

public static void main(String[] args) {

TestLock2 testLock2 = new TestLock2();

//三个线程同时操作一个对象

new Thread(testLock2).start();

new Thread(testLock2).start();

new Thread(testLock2).start();

}

}

class TestLock2 implements Runnable{

int ticketNums = 10;

@Override

public void run() {

while (true){

if(ticketNums>0){

try {

Thread.sleep(1000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.println(ticketNums–);

}else {

break;

}

}

}

}

运行结果：

线程不安全！

解决办法：

class TestLock2 implements Runnable {

int ticketNums = 10;

//定义lock锁

private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

@Override

public void run() {

while (true) {

try {

lock.lock();//加锁

if (ticketNums > 0) {

try {

Thread.sleep(1000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.println(ticketNums–);

} else {

break;

}

} finally {

//解锁

lock.unlock();

}

}

}

}

运行结果：

解决。