多线程问题团灭

目标

理解线程安全？

synchronized用法

死锁

Java内存模型

Vlolatile

ThreadLock

什么是线程安全？

为什么有线程安全问题？

       当多个线程同时共享，同一个全局变量或静态变量，做写的操作时，可能会发生数据冲突问题，也就是线程安全问题。但是做读操作是不会发生数据冲突问题。

案例:需求现在有100张火车票，有两个窗口同时抢火车票，请使用多线程模拟抢票效果。

代码:

class ThreadTrain1 implements Runnable {

      private int count = 100;

      private static Object oj = new Object();

 

      @Override

      public void run() {

            while (count > 0) {

                  try {

                        Thread.sleep(50);

                  } catch (Exception e) {

                        // TODO: handle exception

                  }

                  sale();

            }

      }

 

      public void sale() {

            // 前提 多线程进行使用、多个线程只能拿到一把锁。

            // 保证只能让一个线程 在执行 缺点效率降低

            // synchronized (oj) {

//          if (count > 0) {

                  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票");

                  count--;

//          }

            // }

      }

}

 

public class ThreadDemo {

      public static void main(String[] args) {

            ThreadTrain1 threadTrain1 = new ThreadTrain1();

            Thread t1 = new Thread(threadTrain1, "①号窗口");

            Thread t2 = new Thread(threadTrain1, "②号窗口");

            t1.start();

            t2.start();

      }

}

运行结果:

一号窗口和二号窗口同时出售火车第一张和第七张,部分火车票会重复出售。

结论发现，多个线程共享同一个全局成员变量时，做写的操作可能会发生数据冲突问题。

 线程安全解决办法:

 问:如何解决多线程之间线程安全问题?

    答:使用多线程之间同步synchronized或使用锁(lock)。

问:为什么使用线程同步或使用锁能解决线程安全问题呢？

    答:将可能会发生数据冲突问题(线程不安全问题)，只能让当前一个线程进行执行。代码执行完成后释放锁，让后才能让其他线程进行执行。这样的话就可以解决线程不安全问题。

问:什么是多线程之间同步？

    答:当多个线程共享同一个资源,不会受到其他线程的干扰。

同步代码块

问：什么是同步代码块？

答:就是将可能会发生线程安全问题的代码，给包括起来。

synchronized(同一个数据){

 可能会发生线程冲突问题

}

就是同步代码块 

synchronized(对象)//这个对象可以为任意对象 

{ 

    需要被同步的代码 

} 

 

对象如同锁，持有锁的线程可以在同步中执行 

没持有锁的线程即使获取CPU的执行权，也进不去 

同步的前提： 

1，必须要有两个或者两个以上的线程 

2，必须是多个线程使用同一个锁 

必须保证同步中只能有一个线程在运行 

好处：解决了多线程的安全问题 

弊端：多个线程需要判断锁，较为消耗资源、抢锁的资源。 

 

      代码样例:

private static Object oj = new Object();    

public void sale() {

              // 前提 多线程进行使用、多个线程只能拿到一把锁。

              // 保证只能让一个线程 在执行 缺点效率降低

               synchronized (oj) {

              if (count > 0) {

                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票");

                     count--;

              }

               }

       }

同步函数

   问;什么是同步函数？

   答：在方法上修饰synchronized 称为同步函数

 代码样例

public synchronized void sale() {

             if (trainCount > 0) {

try {

                     Thread.sleep(40);

                 } catch (Exception e) {

                 }

                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (100 - trainCount + 1) + "张票.");

                 trainCount--;

             }

    }

问：同步函数用的是什么锁？

答：同步函数使用this锁。

证明方式: 一个线程使用同步代码块(this明锁),另一个线程使用同步函数。如果两个线程抢票不能实现同步，那么会出现数据错误。

代码:

 

package com.itmayiedu;

 

class ThreadTrain2 implements Runnable {

      private int count = 100;

      public boolean flag = true;

      private static Object oj = new Object();

 

      @Override

      public void run() {

            if (flag) {

 

                  while (count > 0) {

 

                        synchronized (this) {

                              if (count > 0) {

                                    try {

                                          Thread.sleep(50);

                                    } catch (Exception e) {

                                          // TODO: handle exception

                                    }

                                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票");

                                    count--;

                              }

                        }

 

                  }

 

            } else {

                  while (count > 0) {

                        sale();

                  }

            }

 

      }

 

      public synchronized void sale() {

            // 前提 多线程进行使用、多个线程只能拿到一把锁。

            // 保证只能让一个线程 在执行 缺点效率降低

            // synchronized (oj) {

            if (count > 0) {

                  try {

                        Thread.sleep(50);

                  } catch (Exception e) {

                        // TODO: handle exception

                  }

                  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票");

                  count--;

            }

            // }

      }

}

 

public class ThreadDemo2 {

      public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

            ThreadTrain2 threadTrain1 = new ThreadTrain2();

            Thread t1 = new Thread(threadTrain1, "①号窗口");

            Thread t2 = new Thread(threadTrain1, "②号窗口");

            t1.start();

            Thread.sleep(40);

            threadTrain1.flag = false;

            t2.start();

      }

}

 

 

静态同步函数

答：什么是静态同步函数？

方法上加上static关键字，使用synchronized 关键字修饰 或者使用类.class文件。

静态的同步函数使用的锁是  该函数所属字节码文件对象

可以用 getClass方法获取，也可以用当前  类名.class 表示。

代码样例:

synchronized (ThreadTrain.class) {

                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (100 - trainCount + 1) + "张票.");

                trainCount--;

                try {

                     Thread.sleep(100);

                } catch (Exception e) {

                }

}

总结：

synchronized 修饰方法使用锁是当前this锁。

synchronized 修饰静态方法使用锁是当前类的字节码文件

多线程死锁

 问：什么是多线程死锁？

   答:同步中嵌套同步,导致锁无法释放

 代码:

package com.itmayiedu;

 

class ThreadTrain6 implements Runnable {

    // 这是货票总票数,多个线程会同时共享资源

    private int trainCount = 100;

    public boolean flag = true;

    private Object mutex = new Object();

 

    @Override

    public void run() {

        if (flag) {

             while (true) {

                 synchronized (mutex) {

                     // 锁(同步代码块)在什么时候释放？ 代码执行完， 自动释放锁.

                     // 如果flag为true 先拿到 obj锁,在拿到this 锁、 才能执行。

                     // 如果flag为false先拿到this,在拿到obj锁，才能执行。

                     // 死锁解决办法:不要在同步中嵌套同步。

                     sale();

                 }

             }

        } else {

             while (true) {

                 sale();

             }

        }

    }

 

  

    public synchronized void sale() {

        synchronized (mutex) {

             if (trainCount > 0) {

                 try {

                     Thread.sleep(40);

                 } catch (Exception e) {

 

                 }

                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (100 - trainCount + 1) + "张票.");

                 trainCount--;

             }

        }

    }

}

 

public class DeadlockThread {

 

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

 

        ThreadTrain6 threadTrain = new ThreadTrain6(); // 定义 一个实例

        Thread thread1 = new Thread(threadTrain, "一号窗口");

        Thread thread2 = new Thread(threadTrain, "二号窗口");

        thread1.start();

        Thread.sleep(40);

        threadTrain.flag = false;

        thread2.start();

    }

 

}

 

多线程有三大特性

原子性、可见性、有序性

什么是原子性

即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。

一个很经典的例子就是银行账户转账问题：
比如从账户A向账户B转1000元，那么必然包括2个操作：从账户A减去1000元，往账户B加上1000元。这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。

我们操作数据也是如此，比如i = i+1；其中就包括，读取i的值，计算i，写入i。这行代码在Java中是不具备原子性的，则多线程运行肯定会出问题，所以也需要我们使用同步和lock这些东西来确保这个特性了。

原子性其实就是保证数据一致、线程安全一部分，

什么是可见性

当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。

若两个线程在不同的cpu，那么线程1改变了i的值还没刷新到主存，线程2又使用了i，那么这个i值肯定还是之前的，线程1对变量的修改线程没看到这就是可见性问题。

什么是有序性

程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

一般来说处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。如下：

int a = 10;    //语句1

int r = 2;    //语句2

a = a + 3;    //语句3

r = a*a;     //语句4

则因为重排序，他还可能执行顺序为 2-1-3-4，1-3-2-4
但绝不可能 2-1-4-3，因为这打破了依赖关系。
显然重排序对单线程运行是不会有任何问题，而多线程就不一定了，所以我们在多线程编程时就得考虑这个问题了。

Java内存模型

共享内存模型指的就是Java内存模型(简称JMM)，JMM决定一个线程对共享变量的写入时,能对另一个线程可见。从抽象的角度来看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。

从上图来看，线程A与线程B之间如要通信的话，必须要经历下面2个步骤：

1. 首先，线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。

2. 然后，线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。

下面通过示意图来说明这两个步骤：

如上图所示，本地内存A和B有主内存中共享变量x的副本。假设初始时，这三个内存中的x值都为0。线程A在执行时，把更新后的x值（假设值为1）临时存放在自己的本地内存A中。当线程A和线程B需要通信时，线程A首先会把自己本地内存中修改后的x值刷新到主内存中，此时主内存中的x值变为了1。随后，线程B到主内存中去读取线程A更新后的x值，此时线程B的本地内存的x值也变为了1。

从整体来看，这两个步骤实质上是线程A在向线程B发送消息，而且这个通信过程必须要经过主内存。JMM通过控制主内存与每个线程的本地内存之间的交互，来为java程序员提供内存可见性保证。

总结：什么是Java内存模型：java内存模型简称jmm，定义了一个线程对另一个线程可见。共享变量存放在主内存中，每个线程都有自己的本地内存，当多个线程同时访问一个数据的时候，可能本地内存没有及时刷新到主内存，所以就会发生线程安全问题。

 Volatile

什么是Volatile

Volatile 关键字的作用是变量在多个线程之间可见。

代码:

class ThreadVolatileDemo extends Thread {

    public    boolean flag = true;

    @Override

    public void run() {

        System.out.println("开始执行子线程....");

        while (flag) {

        }

        System.out.println("线程停止");

    }

    public void setRuning(boolean flag) {

        this.flag = flag;

    }

 

}

 

public class ThreadVolatile {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        ThreadVolatileDemo threadVolatileDemo= new ThreadVolatileDemo();

        threadVolatileDemo.start();

        Thread.sleep(3000);

        threadVolatileDemo.setRuning(false);

        System.out.println("flag 已经设置成false");

        Thread.sleep(1000);

        System.out.println(threadVolatileDemo.flag);

 

    }

}

运行结果:

  

已经将结果设置为fasle为什么？还一直在运行呢。

原因:线程之间是不可见的，读取的是副本，没有及时读取到主内存结果。

解决办法使用Volatile关键字将解决线程之间可见性, 强制线程每次读取该值的时候都去“主内存”中取值

 

Volatile非原子性

注意: Volatile非原子性

public class VolatileNoAtomic extends Thread {

    private static volatile int count;

 

    // private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    private static void addCount() {

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {

             count++;

             // count.incrementAndGet();

        }

        System.out.println(count);

    }

 

    public void run() {

        addCount();

    }

 

    public static void main(String[] args) {

 

        VolatileNoAtomic[] arr = new VolatileNoAtomic[100];

        for (int i = 0; i < 10; i++) {

             arr[i] = new VolatileNoAtomic();

        }

 

        for (int i = 0; i < 10; i++) {

             arr[i].start();

        }

    }

 

}

 

运行结果:

 

结果发现 数据不同步，因为Volatile不用具备原子性。

使用AtomicInteger原子类

AtomicInteger是一个提供原子操作的Integer类，通过线程安全的方式操作加减。

public class VolatileNoAtomic extends Thread {

    static int count = 0;

    private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);

 

    @Override

    public void run() {

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {

             //等同于i++

             atomicInteger.incrementAndGet();

        }

        System.out.println(count);

    }

 

    public static void main(String[] args) {

        // 初始化10个线程

        VolatileNoAtomic[] volatileNoAtomic = new VolatileNoAtomic[10];

        for (int i = 0; i < 10; i++) {

             // 创建

             volatileNoAtomic[i] = new VolatileNoAtomic();

        }

        for (int i = 0; i < volatileNoAtomic.length; i++) {

             volatileNoAtomic[i].start();

        }

    }

 

}

 

volatile与synchronized区别

仅靠volatile不能保证线程的安全性。（原子性）

①volatile轻量级，只能修饰变量。synchronized重量级，还可修饰方法

②volatile只能保证数据的可见性，不能用来同步，因为多个线程并发访问volatile修饰的变量不会阻塞。

synchronized不仅保证可见性，而且还保证原子性，因为，只有获得了锁的线程才能进入临界区，从而保证临界区中的所有语句都全部执行。多个线程争抢synchronized锁对象时，会出现阻塞。

线程安全性

线程安全性包括两个方面，①可见性。②原子性。

从上面自增的例子中可以看出：仅仅使用volatile并不能保证线程安全性。而synchronized则可实现线程的安全性。

ThreadLoca

什么是ThreadLoca

 ThreadLocal提高一个线程的局部变量，访问某个线程拥有自己局部变量。

 当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。

ThreadLocal的接口方法

ThreadLocal类接口很简单，只有4个方法，我们先来了解一下：

• void set(Object value)设置当前线程的线程局部变量的值。

• public Object get()该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。

• public void remove()将当前线程局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用，该方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是，当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作，但它可以加快内存回收的速度。

• protected Object initialValue()返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。

 

案例:创建三个线程，每个线程生成自己独立序列号。

代码:

 

class Res {

    // 生成序列号共享变量

    public static Integer count = 0;

    public static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<Integer>() {

        protected Integer initialValue() {

 

             return 0;

        };

 

    };

 

    public Integer getNum() {

        int count = threadLocal.get() + 1;

        threadLocal.set(count);

        return count;

    }

}

 

public class ThreadLocaDemo2 extends Thread {

    private Res res;

 

    public ThreadLocaDemo2(Res res) {

        this.res = res;

    }

 

    @Override

    public void run() {

        for (int i = 0; i < 3; i++) {

             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + "i---" + i + "--num:" + res.getNum());

        }

 

    }

 

    public static void main(String[] args) {

        Res res = new Res();

        ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo1 = new ThreadLocaDemo2(res);

        ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo2 = new ThreadLocaDemo2(res);

        ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo3 = new ThreadLocaDemo2(res);

        threadLocaDemo1.start();

        threadLocaDemo2.start();

        threadLocaDemo3.start();

    }

 

}

 

ThreadLoca实现原理

ThreadLoca通过map集合

Map.put(“当前线程”,值)；