031-Java多线程同步-线程安全-synchronized关键字-Lock锁

最新推荐文章于 2025-05-16 10:54:46 发布

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本文深入探讨了线程安全的概念，通过电影票售卖案例展示了线程不安全的问题，并介绍了Java中的三种线程同步机制：同步代码块、同步方法和Lock锁，以确保多线程环境下的数据一致性。

线程安全

如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

案例

电影院要卖票，模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “葫芦娃大战奥特曼”，本次电影的座位共100个(本场电影只能卖100张票)模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “葫芦娃大战奥特曼”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)需要窗口，采用线程对象来模拟；需要票，Runnable接口子类来模拟。

public class RunnableImpl implements Runnable{
    //定义一个多个线程共享的票源
    private  int ticket = 100;
    //设置线程任务:卖票
    @Override
    public void run() {
        //使用死循环,让卖票操作重复执行
        while(true){
            //先判断票是否存在
            if(ticket>0){
                //使用sleep模拟一下出票时间
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                //票存在,卖票 ticket--
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
                ticket--;
            }
        }
    }
}


/*
    模拟卖票案例
    创建3个线程,同时开启,对共享的票进行出售
 */
public class Demo01Ticket {
    public static void main(String[] args) {
        //创建Runnable接口的实现类对象
        RunnableImpl run = new RunnableImpl();
        //创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
        Thread t0 = new Thread(run,"窗口1");
        Thread t1 = new Thread(run,"窗口2");
        Thread t2 = new Thread(run,"窗口3");
        //调用start方法开启多线程
        t0.start();
        t1.start();
        t2.start();
    }
}


出现如下结果：
窗口3-->正在卖第9张票
窗口1-->正在卖第9张票
窗口2-->正在卖第7张票
窗口3-->正在卖第6张票
窗口1-->正在卖第6张票
窗口2-->正在卖第4张票
窗口3-->正在卖第3张票
窗口1-->正在卖第3张票
窗口2-->正在卖第1张票
窗口3-->正在卖第0张票
窗口1-->正在卖第-1张票

不同窗口出现了卖同一张票，也出现了卖-1张票，这显然是不对的。这种问题，几个窗口(线程)票数不同步了，这种问题称为线程不安全。线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。多个线程使用了同一个变量，同时重复的对同一变量进行使用，而产生了并发异常。

线程同步

当我们使用多个线程访问同一资源的时候，且多个线程中对资源有写的操作，就容易出现线程安全问题。要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题，Java中提供了同步机制synchronized来解决。

窗口1线程进入操作的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操作结束，窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码去执行。也就是说在某个线程修改共享资源的时候，其他线程不能修改该资源，等待修改完毕同步之后，才能去抢夺CPU资源，完成对应的操作，保证了数据的同步性，解决了线程不安全的现象。

Java引入了3中线程同步机制：1. 同步代码块，2. 同步方法， 3. 锁机制。

同步代码块

同步代码块： synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。

synchronized(同步锁){
    需要同步操作的代码
}

同步锁 : 对象的同步锁只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁。在任何时候,允许一个线程拥有这个同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等着，也就是会阻塞住(BLOCKED)，等待锁被释放。

1. 锁对象可以是任意引用类型。

2. 多个线程对象要使用同一把对象锁。

public class RunnableImpl implements Runnable{
    //定义一个多个线程共享的票源
    private  int ticket = 100;

    //创建一个锁对象
    Object obj = new Object();

    //设置线程任务:卖票
    @Override
    public void run() {
        //使用死循环,让卖票操作重复执行
        while(true){
           //同步代码块
            synchronized (obj){
                //先判断票是否存在
                if(ticket>0){
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    //票存在,卖票 ticket--
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
                    ticket--;
                }
            }
        }
    }
}

当使用了同步代码块后，上述的线程的安全问题，解决了。

同步方法

同步方法 : 使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,可能会出现线程安全问题的代码(访问了共享数据的代码)写在同步方法里，保证当一个线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。

public synchronized void method(){
    可能会产生线程安全问题的代码
}

同步方法的锁是谁？

对于非static方法,同步锁就是this，也就是当前对象。

对于static方法 , 我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。

public class RunnableImpl implements Runnable{
    //定义一个多个线程共享的票源
    private int ticket = 100;

    //设置线程任务:卖票
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("this:"+this);//this:com.itheima.demo08.Synchronized.RunnableImpl@58ceff1
        //使用死循环,让卖票操作重复执行
        while(true){
            payTicketStatic();
        }
    }

    public synchronized void payTicket(){
        synchronized (this){
            //先判断票是否存在
            if(ticket>0){
                //提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                //票存在,卖票 ticket--
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
                ticket--;
            }
        }

    }
}

如果是静态方法，那么访问的共享变量也得是静态的。private static int ticket = 100; 静态方法的锁对象不是this，是当前类的class属性-->class文件对象(反射) 。

Lock锁

java.util.concurrent.locks.Lock 接口提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作,同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。java.util.concurrent.locks.ReentrantLock 实现了 Lock接口。

Lock锁也称同步锁，加锁与释放锁方法化了，如下：

public void lock() :加同步锁。
public void unlock() :释放同步锁。

使用步骤:

在成员位置创建一个ReentrantLock对象
在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁
在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁

public class RunnableImpl implements Runnable{
    //定义一个多个线程共享的票源
    private  int ticket = 100;
    //1.在成员位置创建一个ReentrantLock对象
    Lock l = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            //2.在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁
            l.lock();
            if(ticket>0){
                try {
                    Thread.sleep(10);
                    //票存在,卖票 ticket--
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
                    ticket--;
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }finally {
                    //3.在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁
                    l.unlock();//无论程序是否异常,都会把锁释放
                }
            }
        }
    }