【JavaEE多线程】线程安全、锁机制及线程间通信

Hsu琛君珩

已于 2024-04-16 00:03:43 修改

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分类专栏： JavaEE多线程文章标签： java-ee 安全 java

于 2024-04-15 00:35:22 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Hsusan/article/details/137759182

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线程安全

如果多线程环境下代码运行的结果是符合我们预期的，即在单线程环境应该的结果，则说这个程序是线程安全的。

线程安全问题的原因

[根本原因]多个线程之间的调度顺序是“随机”的，操作系统使用“抢占式”执行的策略来调度线程
多个线程同时修改同一个遍历，容易产生线程安全问题
- 3个条件
1. 多个
2. 修改
3. 同一个
进行的修改，不是“原子的”，如果修改操作能按照原子的形式完成，就不会有线程安全问题（原子，即不可再分）
内存可见性，引起的线程安全问题
指令重排序，引起的线程安全问题

以上五个原因，只有第3个原因能想办法修正
通过“加锁”的方式，把一组操作给打包成一个“原子”的操作。此处的原子，就是通过锁，进行“互斥”，我这个线程工作的时候，其他线程无法工作

原子性：

什么是原子性

我们把一段代码想象成一个房间，每个线程就是要进入这个房间的人。如果没有任何机制保证，A进入房间之后，还没有出来；B 是不是也可以进入房间，打断 A 在房间里的隐私。这个就是不具备原子性的。

那我们应该如何解决这个问题呢？是不是只要给房间加一把锁，A 进去就把门锁上，其他人是不是就进不来了。这样就保证了这段代码的原子性了。

有时也把这个现象叫做同步互斥，表示操作是互相排斥的。

如果一个线程正在对一个变量操作，中途其他线程插入进来了，如果这个操作被打断了，结果就可能是错误的。
可见性：一个线程对共享变量值的修改，能够及时地被其他线程看到
代码顺序性：

什么是代码重排序

一段代码是这样的：
1. 去前台取下 U 盘
2. 去教室写 10 分钟作业
3. 去前台取下快递

如果是在单线程情况下，JVM、CPU指令集会对其进行优化，比如，按 1->3->2的方式执行，也是没问题，可以少跑一次前台。这种叫做指令重排序

编译器对于指令重排序的前提是 “保持逻辑不发生变化”. 这一点在单线程环境下比较容易判断, 但是在多线程环境下就没那么容易了, 多线程的代码执行复杂程度更高, 编译器很难在编译阶段对代码的执行效果进行预测, 因此激进的重排序很容易导致优化后的逻辑和之前不等价.

synchronized 关键字-监视器锁monitor lock

代码中的锁就是让多个线程，同一时刻，只有一个线程能使用这个变量

synchronized的特性

互斥

synchronized 会起到互斥效果, 某个线程执行到某个对象的 synchronized 中时, 其他线程如果也执行到同一个对象 synchronized 就会阻塞等待.

进入 synchronized 修饰的代码块, 相当于加锁
退出 synchronized 修饰的代码块, 相当于解锁

//进入就针对当前对象“加锁”
synchronized public void increase(){
   
    count++;
}
//出来就针对当前对象“解锁”

synchronized关键字最主要有以下3种应用方式：

修饰实例方法，作用于当前实例加锁，进入同步代码前要获得当前实例的锁
修饰静态方法，作用于当前类对象加锁，进入同步代码前要获得当前类对象的锁
修饰代码块，指定加锁对象，对给定对象加锁，进入同步代码块前要获得给定对象的锁。（这里可以给实例对象的名称Test test=new Test()的test，也可以给this对象代表当前实例，也可以给当前类的class对象作为锁）
思考：通过加锁操作之后把并发执行=>串行执行了，此时多线程还有存在的意义吗？
答：因为两个线程，可能有一部分代码是串行执行的，有一部分是并发执行的=>这仍然比纯粹的串行执行效率要高！

理解 “阻塞等待”.

针对每一把锁, 操作系统内部都维护了一个等待队列. 当这个锁被某个线程占有的时候, 其他线程尝试进行加锁, 就加不上了, 就会阻塞等待, 一直等到之前的线程解锁之后, 由操作系统唤醒一个新的线程, 再来获取到这个锁.

注意:

上一个线程解锁之后, 下一个线程并不是立即就能获取到锁. 而是要靠操作系统来 “唤醒”. 这也就是操作系统线程调度的一部分工作.

假设有 A B C 三个线程, 线程 A 先获取到锁, 然后 B 尝试获取锁, 然后 C 再尝试获取锁, 此时 B 和 C 都在阻塞队列中排队等待. 但是当 A 释放锁之后, 虽然 B 比 C 先来的, 但是 B 不一定就能获取到锁, 而是和 C 重新竞争, 并不遵守先来后到的规则

synchronized用的锁是存在Java对象里的。

synchronized进行加锁解锁，其实是以“对象”为维度进行展开的。

加锁目的是为了互斥使用资源。（互斥的修改变量）

使用synchronized的时候，其实是指定了某个具体的对象进行加锁，当synchronized直接修饰方法时，此时就相当于是针对this加锁（修饰方法相当于这段代码的简化写法）[不存在所谓的“同步方法”的概念]

class Counter{
   
    public int count=0;
    public void increace(){
   
        synchronized (this){
   //this就是下面调用的counter
            count++;
        }
    }
    public void increace2(){
   
        count++;
    }
    public synchronized static void func(){
   
        synchronized (Counter.class){
   

        }
    }
}
public class Demo {
   
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
   
        Counter counter=new Counter();

        Thread t1=new Thread(()->{
   
            for (int i = 0; i < 50000; i++)