线程安全之卖票问题

原创于 2023-04-12 08:00:00 发布 · 119 阅读

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文章通过创建多个窗口卖票的例子展示了线程安全问题，分析了使用Runnable接口和继承Thread类创建线程时可能出现的重票问题。通过引入同步机制，包括同步代码块和同步方法，解决了线程并发操作共享数据导致的安全问题，确保了票的唯一性。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

我们进行编码如下所示：

package com.ypl.ticket;

/**
 * 例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张
 */

class window extends Thread{
    private static int ticket=100;  //ticket声明为静态的，为类变量，该类的每个对象都共享同一个类变量的值
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if(ticket>0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":卖票，票号为："+ticket);
                ticket--;
            }else {
                break;
            }
        }
    }
}
public class WindowTest {
    public static void main(String[] args) {
        window t1 = new window();
        window t2 = new window();
        window t3 = new window();
        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t3.setName("窗口三");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

    }
}

我们运行之后如下所示：

我们采用Runnable解决如下所示：

package com.ypl.ticket;
//例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张，使用实现Runnable接口的方式
class Window1 implements Runnable{
    private int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
        if (ticket>0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + "卖票，票号为：" + ticket);
                ticket--;
        }else{
                break;
            }
        }
    }
}
public class WindowTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        Window1 w1 = new Window1();//用的同一个对象，所以ticket不用加static也是100.
        Thread t1 = new Thread(w1);
        Thread t2 = new Thread(w1);
        Thread t3 = new Thread(w1);
        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t3.setName("窗口三");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

运行之后如下所示：

我们发现以上方式会出现同一张票被多个窗口进行售卖，我们进行修改如下：

package com.ypl.ticket;
/**
 *例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张，使用实现Runnable接口的方式
 * 1.问题：卖票过程中，出现了重票、错票--->出现了线程的安全问题
 * 2.问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。
 * 3.如何解决：当一个线程在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来，直到线程a操作完ticket的时候，
 * 其他线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。
 * 4.在java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。
 * 方式一：同步代码块
 * synchronized(同步监视器){
 * //需要被同步的代码
 * }
 * 说明：1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码
 *      2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据
 *      3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
 *      要求：多个线程必须共用同一把锁。
 * 方式二：同步方法
 * 5.同步的方式，解决了线程的安全问题。---好处
 * 操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待，相当于是一个单线程的过程，效率低。 ---局限性
 */

class Window1 implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    //Object obj = new Object();
    Dog dog=new Dog();
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (dog) {
                //我们也可以采用一个简单的对象:当前对象  synchronized (this)，此时的this:唯一的window1的对象
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                        //运行过程中出现了重票的行为，因为线程阻塞的过程中，其他线程进入就绪状态，开始运行，之后都进行阻塞之后，
                        // 会出现他们的票数的初始数据一致，从而导致重票
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + "卖票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

    public class WindowTest1 {
        public static void main(String[] args) {
            Window1 w1 = new Window1();//用的同一个对象，所以ticket不用加static也是100.
            Thread t1 = new Thread(w1);
            Thread t2 = new Thread(w1);
            Thread t3 = new Thread(w1);
            t1.setName("窗口一");
            t2.setName("窗口二");
            t3.setName("窗口三");
            t1.start();
            t2.start();
            t3.start();
        }
    }

    class Dog{

    }

同步代码块：

我们利用同步代码块来进行修改如下所示：
我们利用实现Runnable接口解决如下所示：

package com.ypl.ticket;
/**
 *例子：创建三个窗口卖票，总票数为100张，使用实现Runnable接口的方式
 * 1.问题：卖票过程中，出现了重票、错票--->出现了线程的安全问题
 * 2.问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。
 * 3.如何解决：当一个线程在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来，直到线程a操作完ticket的时候，
 * 其他线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。
 * 4.在java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。
 * 方式一：同步代码块
 * synchronized(同步监视器){
 * //需要被同步的代码
 * }
 * 说明：1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码-->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
 *      2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据
 *      3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
 *      要求：多个线程必须共用同一把锁。
 *      补充：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器
 * 方式二：同步方法
 * 如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的
 * 
 * 
 * 5.同步的方式，解决了线程的安全问题。---好处
 * 操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待，相当于是一个单线程的过程，效率低。 ---局限性
 */

class Window1 implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    //Object obj = new Object();
    Dog dog=new Dog();
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (dog) {
                //我们也可以采用一个简单的对象:当前对象  synchronized (this)，此时的this:唯一的window1的对象
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                        //运行过程中出现了重票的行为，因为线程阻塞的过程中，其他线程进入就绪状态，开始运行，之后都进行阻塞之后，
                        // 会出现他们的票数的初始数据一致，从而导致重票
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + "卖票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

    public class WindowTest1 {
        public static void main(String[] args) {
            Window1 w1 = new Window1();//用的同一个对象，所以ticket不用加static也是100.
            Thread t1 = new Thread(w1);
            Thread t2 = new Thread(w1);
            Thread t3 = new Thread(w1);
            t1.setName("窗口一");
            t2.setName("窗口二");
            t3.setName("窗口三");
            t1.start();
            t2.start();
            t3.start();
        }
    }

    class Dog{

    }

运行之后如下所示：

我们利用Thread进行如下所示：

package com.ypl.ticket;

/**
 * 使用同步代码块解决继承Thread类的方式的线程安全问题
 * 说明：在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this来充当同步监视器，可以考虑使用当前类充当同步监视器
 */
class MHThtead extends  Thread {
    private static int ticket = 100;
    private static Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (obj) {
                //这种方式也可以：synchronized (MHThtead.class) { Class clazz=MHThtead.class
                    //synchronized (this),错误的方式：this代表着t1,t2,t3三个对象
                    if (ticket > 0) {
                        System.out.println(getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
                        ticket--;
                    } else {
                        break;
                    }
                }
            }
        }
    }

public class WindowTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        MHThtead t1 = new MHThtead();
        MHThtead t2 = new MHThtead();
        MHThtead t3 = new MHThtead();
        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t3.setName("窗口三");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

我们运行之后如下所示：

二：同步方法

使用同步方法解决实现Runnable接口的代码如下：

package com.ypl.ticket;


/**
 * 使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题
 */
class Window3 implements Runnable {
        private int ticket = 100;
        @Override
        public   void run() {
            while (true) {
                    show();
                }
            }

            public synchronized void  show(){ //同步监视器：this
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                        //运行过程中出现了重票的行为，因为线程阻塞的过程中，其他线程进入就绪状态，开始运行，之后都进行阻塞之后，
                        // 会出现他们的票数的初始数据一致，从而导致重票
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + "卖票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                }
    }
        }

    public class WindowTest3 {
        public static void main(String[] args) {
            Window3 w3 = new Window3();
            Thread t1 = new Thread(w3);
            Thread t2 = new Thread(w3);
            Thread t3 = new Thread(w3);
            t1.setName("窗口一");
            t2.setName("窗口二");
            t3.setName("窗口三");
            t1.start();
            t2.start();
            t3.start();
        }
    }

运行之后如下所示：
2. 使用同步方法解决继承Thread的代码：

package com.ypl.ticket;

/**
 * 使用同步方法来继承Thread类的方式中的线程安全问题
 * 关于同步方法的总结：
 * 1.同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
 * 2.非静态的同步方法，同步监视器是:this
 *    静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身
 * 3.Runnable接口实现同步方法为this,继承Thread类为当前类本身
 */

    class MHtThtead extends  Thread {
    private static int ticket = 100;


    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            //这种方式也可以：synchronized (MHThtead.class) { Class clazz=MHThtead.class
            //synchronized (this),错误的方式：this代表着t1,t2,t3三个对象
           show();
        }
    }

    public static synchronized void show() {
        // public synchronized void show() {  //同步监视器：t1,t2,t3。此种解决方式是错误的
        if (ticket > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ ":卖票，票号为：" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}

    public class WindowTest4 {
        public static void main(String[] args) {
            MHtThtead t1 = new MHtThtead();
            MHtThtead t2 = new MHtThtead();
            MHtThtead t3 = new MHtThtead();
            t1.setName("窗口一");
            t2.setName("窗口二");
            t3.setName("窗口三");
            t1.start();
            t2.start();
            t3.start();
        }
    }

运行之后如下所示：