JAVA基础知识之多线程——线程同步

线程安全问题

多个线程同时访问同一资源的时候有可能会出现信息不一致的情况，这是线程安全问题，下面是一个例子，

Account.class , 定义一个Account模型

 1 package threads.sync;
 2 
 3 
 4 public class Account {
 5     private String accountNo;
 6     private double balance;
 7     public Account() {}
 8     
 9     
10     public Account(String accountNo, double balance) {
11         this.accountNo = accountNo;
12         this.balance = balance;
13     }
14 
15     public String getAccountNo() {
16         return accountNo;
17     }
18 
19     public void setAccountNo(String accountNo) {
20         this.accountNo = accountNo;
21     }
22 
23     public double getBalance() {
24         return balance;
25     }
26 
27     public void setBalance(double balance) {
28         this.balance = balance;
29     }
30     
31     
32     public int hashCode() {
33         return accountNo.hashCode();
34     }
35     
36     public boolean equals(Object obj) {
37         if (this == obj) return true;
38         if (obj != null && obj.getClass() == Account.class) {
39             Account target = (Account)obj;
40             return target.getAccountNo().equals(accountNo);
41         }
42         return false;
43     }
44 }

DrawThread.class ,定义一个取钱类，用来操作Account

 1 package threads.sync;
 2 
 3 public class DrawThread extends Thread {
 4     private Account account;
 5     private double drawAmount;
 6     public DrawThread(String name, Account account, double drawAmount) {
 7         super(name);
 8         this.setAccount(account);
 9         this.setDrawAmount(drawAmount);
10     }
11     public Account getAccount() {
12         return account;
13     }
14     public void setAccount(Account account) {
15         this.account = account;
16     }
17     public double getDrawAmount() {
18         return drawAmount;
19     }
20     public void setDrawAmount(double drawAmount) {
21         this.drawAmount = drawAmount;
22     }
23     
24     public void run() {
25         if (account.getBalance() >=  drawAmount) {
26             System.out.println(getName()+" draw money: "+drawAmount);
27             try {
28                 Thread.sleep(1);
29             } catch (InterruptedException e) {
30                 e.printStackTrace();
31             }
32             account.setBalance(account.getBalance() - drawAmount);
33             System.out.println(getName()+" balance : "+account.getBalance());
34         } else {
35             System.out.println("failed for insufficient balance ");
36         }
37     }
38 }

DrawTest.class ，写一个测试类

1 package threads.sync;
2 
3 public class DrawTest {
4     public static void main(String[] args) {
5         Account acc = new Account("123456",1000);
6         new DrawThread("Thread-A",acc,800).start();
7         new DrawThread("Thread-B",acc,800).start();
8     }
9 }

执行结果，

1 Thread-B draw money: 800.0
2 Thread-A draw money: 800.0
3 Thread-B balance : 200.0
4 Thread-A balance : -600.0

可见这里出现了逻辑错误，B线程取出800元后，账户里应该只剩下200元，但是接着A线程却也取出了800元，而且最终账户余额还成了负数，显然是不对的。

造成上面错误的过程如下，当B线程执行到DreadThread类的第28行时，已经成功取出了800元，然后进入了sleep状态，没有继续下面的扣除余额的动作；

此时JVM调度器将CPU切换到A线程执行，由于此时余额尚未扣除，A也能取出800元，之后A也进入sleep状态。

接着B线程从sleep状态经历了1毫秒之后，进入了就绪状态，接着获取了CPU进入了运行状态，进行了后面的动作，余额变成了200元。

最后A线程也醒来并获得继续运行机会，也做了一次扣款，结果余额变成了-600元（200-800）

以上便是一个典型的线程安全问题。

同步代码块

解决上面线程安全问题的一种办法是同步代码块，使得一块代码同一时间只能在一个线程中执行，也就是常说的同步监视器原理。同步代码格式如下，

synchronized（obj)

{

* 需要同步的代码块

}

这表示JVM使用obj对象作为同步监视器（通常使用被并发访问的对象），线程执行这段代码之前，必须先获取对同步监视器的锁定。

下面是一个用account对象作为同步监视器的例子，

其他类用前面例子不变，唯一需要修改的是DrawThread.class

 1 package threads.sync;
 2 
 3 public class DrawThread extends Thread {
 4     private Account account;
 5     private double drawAmount;
 6     public DrawThread(String name, Account account, double drawAmount) {
 7         super(name);
 8         this.setAccount(account);
 9         this.setDrawAmount(drawAmount);
10     }
11     public Account getAccount() {
12         return account;
13     }
14     public void setAccount(Account account) {
15         this.account = account;
16     }
17     public double getDrawAmount() {
18         return drawAmount;
19     }
20     public void setDrawAmount(double drawAmount) {
21         this.drawAmount = drawAmount;
22     }
23     
24     public void run() {
25 
26         synchronized(account) {
27             if (account.getBalance() >=  drawAmount) {
28                 System.out.println(getName()+" draw money: "+drawAmount);
29                 try {
30                     Thread.sleep(1);
31                 } catch (InterruptedException e) {
32                     e.printStackTrace();
33                 }
34                 account.setBalance(account.getBalance() - drawAmount);
35                 System.out.println(getName()+" balance : "+account.getBalance());
36             } else {
37                 System.out.println("failed for insufficient balance ");
38             }
39         }
40     }
41 }

可以看到只是在线程执行体中加了synchronized(account) { }来将一块代码锁定，保证同一时间这段代码只能被一个线程执行。

执行结果，可以看到线程B去取款时已经没有足够余额了，所以失败，这与我们的设计初衷是相符的。

1 Thread-A draw money: 800.0
2 Thread-A balance : 200.0
3 failed for insufficient balance

同步方法

同步方法与同步代码块非常相似，只不过同步方法是将整个方法修饰为安全的线程访问方法，注意不能修饰static方法。

同步方法的监视器是this，即调用该方法的对象。不需要显示地指定监视器。

下面的是同步方法的例子，在Accont.class中，我们新加入一个同步方法draw，用来替代原来DrawThread中取款的线程执行体，

 1 package threads.sync;
 2 
 3 public class Account {
 4     private String accountNo;
 5     private double balance;
 6     public Account() {}
 7     
 8     
 9     public Account(String accountNo, double balance) {
10         this.accountNo = accountNo;
11         this.balance = balance;
12     }
13 
14     public String getAccountNo() {
15         return accountNo;
16     }
17 
18     public void setAccountNo(String accountNo) {
19         this.accountNo = accountNo;
20     }
21 
22     public double getBalance() {
23         return balance;
24     }
25 
26     public void setBalance(double balance) {
27         this.balance = balance;
28     }
29     
30     
31     public int hashCode() {
32         return accountNo.hashCode();
33     }
34     
35     public boolean equals(Object obj) {
36         if (this == obj) return true;
37         if (obj != null && obj.getClass() == Account.class) {
38             Account target = (Account)obj;
39             return target.getAccountNo().equals(accountNo);
40         }
41         return false;
42     }
43 
44     public synchronized void draw(double drawAmount) {
45         if ( balance >=  drawAmount) {
46             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" draw money: "+drawAmount);
47             try {
48                 Thread.sleep(1);
49             } catch (InterruptedException e) {
50                 e.printStackTrace();
51             }
52             balance -= drawAmount;
53             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" balance : "+balance);
54         } else {
55             System.out.println("failed for insufficient balance ");
56         }
57     }
58 
59 }

修改DrawThread.class，我们直接在线程执行体中调用Account.class中的同步方法，调用同步方法的对象account将成为同步监视器被加锁，

 1 package threads.sync;
 2 
 3 public class DrawThread extends Thread {
 4     private Account account;
 5     private double drawAmount;
 6     public DrawThread(String name, Account account, double drawAmount) {
 7         super(name);
 8         this.setAccount(account);
 9         this.setDrawAmount(drawAmount);
10     }
11     public Account getAccount() {
12         return account;
13     }
14     public void setAccount(Account account) {
15         this.account = account;
16     }
17     public double getDrawAmount() {
18         return drawAmount;
19     }
20     public void setDrawAmount(double drawAmount) {
21         this.drawAmount = drawAmount;
22     }
23     
24     public void run() {
25                // account对象将作为同步监视器被加锁
26         account.draw(drawAmount);
27     }
28 }

执行结果，

1 Thread-A draw money: 800.0
2 Thread-A balance : 200.0
3 failed for insufficient balance

释放同步监视器的锁定

任何线程在进入同步代码块或同步方法之前，需要先获取同步监视器的锁定，最终会释放锁定（但不是显示地释放）。那么在什么情况下同步监视器锁定会被线程释放呢？

当前线程的同步方法，同步代码块结束，当前线程释放同步监视器
当前线程在同步方法，同步代码块中遇到break，return终止了执行的时候，当前线程会释放同步监视器
当前线程在同步方法，同步代码块中出现了未处理的Error或Exception，导致无法继续执行下去，当前线程会释放同步监视器
当前线程在执行同步方法，同步代码块时，程序执行了同步监视器对象的wait方法，则当前线程暂停，并释放同步监视器

以下情况线程不会释放同步监视器，

线程在执行同步方法，同步代码块时，程序调用sleep(), yield()方法来暂停当前线程时，当前线程不会释放同步监视器
线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放同步监视器。

同步锁

同步锁可以显示地获取锁和释放锁，ReentrantLock是最常使用的同步锁。结合try .. finally {} 机制，可以确保同步锁在必要时得到释放。

JAVA8中提供了一个StampedLock类，可为读写操作提供不同模式，例如Reading, Writing, ReadingOptimitic...

下面是一个同步锁的例子，修改前面的Account.class，引入同步锁进行加锁和释放锁，其他类保持不变，

 1 package threads.sync;
 2 
 3 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
 4 
 5 public class Account {
 6     private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
 7     private String accountNo;
 8     private double balance;
 9     public Account() {}
10     
11     
12     public Account(String accountNo, double balance) {
13         this.accountNo = accountNo;
14         this.balance = balance;
15     }
16 
17     public String getAccountNo() {
18         return accountNo;
19     }
20 
21     public void setAccountNo(String accountNo) {
22         this.accountNo = accountNo;
23     }
24 
25     public double getBalance() {
26         return balance;
27     }
28 
29     public void setBalance(double balance) {
30         this.balance = balance;
31     }
32     
33     
34     public int hashCode() {
35         return accountNo.hashCode();
36     }
37     
38     public boolean equals(Object obj) {
39         if (this == obj) return true;
40         if (obj != null && obj.getClass() == Account.class) {
41             Account target = (Account)obj;
42             return target.getAccountNo().equals(accountNo);
43         }
44         return false;
45     }
46     
47         public void draw(double drawAmount) {
48         lock.lock();
49         try {
50             if ( balance >=  drawAmount) {
51                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" draw money: "+drawAmount);
52                 try {
53                     Thread.sleep(1);
54                 } catch (InterruptedException e) {
55                     e.printStackTrace();
56                 }
57                 balance -= drawAmount;
58                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" balance : "+balance);
59             } else {
60                 System.out.println("failed for insufficient balance ");
61             }
62         } finally {
63             lock.unlock();
64         }
65     }
66     
67 }

执行结果，在DrawThread.class中，通过调用account的draw方法，使用ReentrantLock的对象对取款操作进行同步锁操作，

1 Thread-A draw money: 800.0
2 Thread-A balance : 200.0
3 failed for insufficient balance

死锁

当两个线程互相等待对方释放同步监视器时就会发生死锁。

死锁很容易发生，尤其在有多个同步监视器的时候，下面就是一个例子，

A.class

 1 package threads.sync;
 2 
 3 public class A {
 4     public synchronized void foo(B b) {
 5         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+": entered A.foo()");
 6         try {
 7             Thread.sleep(200);
 8         } catch (InterruptedException e) {
 9             e.printStackTrace();
10         }
11         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+": trying to call B.last() ");
12         b.last();
13     }
14     
15     public synchronized void last() {
16         System.out.println("A.last() executing");
17     }
18 }

B.class

 1 package threads.sync;
 2 
 3 public class B {
 4     public synchronized void bar(A a) {
 5         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+": entered B.bar()");
 6         try {
 7             Thread.sleep(200);
 8         } catch (InterruptedException e) {
 9             e.printStackTrace();
10         }
11         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+": trying to call A.last() ");
12         a.last();
13     }
14     public synchronized void last() {
15         System.out.println("B.last() executing");
16     }
17 }

A和B两个类中的方法都是同步方法，通过线程执行体调用的话会对调用对象加锁（将调用对象作为同步监视器），例如下面这样，

DeadLock.class

 1 package threads.sync;
 2 
 3 public class DeadLock implements Runnable {
 4     A a = new A();
 5     B b = new B();
 6     public void init() {
 7         Thread.currentThread().setName("main Thread");
 8         a.foo(b);
 9         System.out.println("after entering main Thread");
10     }
11     
12     @Override
13     public void run() {
14         Thread.currentThread().setName("sub Thread");
15         b.bar(a);
16         System.out.println("after entering sub Thread");
17     }
18     
19     public static void main(String[] args) {
20         DeadLock dl = new DeadLock();
21         new Thread(dl).start();
22         dl.init();
23     }
24 
25 }

执行结果，

1 main Thread: entered A.foo()
2 sub Thread: entered B.bar()
3 sub Thread: trying to call A.last() 
4 main Thread: trying to call B.last()

上面的执行结果到第4行的时候并没有结束，而是有两个线程处于阻塞状态，且这两个线程各自锁定一个同步监视器，同时又各自在请求对方的同步监视器，因此就陷入了死锁状态，具体过程如下，

init()首先被执行（先后顺序随机），
main 线程中调用a对象的foo方法，则main线程对a对象锁定，当main线程执行到foo方法中的第7行时，进入sleep状态(main线程不会释放同步监视器a)，CPU切换到sub线程，
sub线程中调用了b 对象的bar方法，于是sub 线程对b对象锁定，当sub线程执行到bar方法第7行时，也进入sleep状态（sub线程不会释放同步监视器b)，
main线程的由于先进入sleep所以会先醒来继续执行到foo方法第12行时，尝试调用b对象的同步方法last()，需要先锁定同步监视器b，
由于此时sub线程还处于sleep状态，并未释放同步监视器b，所以main线程将因此阻塞（依然不会释放同步监视器a)，
当sub线程醒来之后，执行到bar方法第12行，尝试调用a对象的同步方法last()，需要先锁定同步监视器a，
由于此时main线程还处于阻塞状态并且锁定了同步监视器a，所以sub线程也会因此进入阻塞状态（依然不会释放同步监视器b），
至此，就形成了main线程持有同步监视器a，请求获取同步监视器b，而sub线程持有同步监视器b，请求获取同步监视器a的死锁局面

对于线程同步，出于性能方面考虑，有如下原则，（参考自阿里巴巴Java开发手册）

6. 【强制】高并发时，同步调用应该去考量锁的性能损耗。能用无锁数据结构，就不要用锁；能

锁区块，就不要锁整个方法体；能用对象锁，就不要用类锁。

7. 【强制】对多个资源、数据库表、对象同时加锁时，需要保持一致的加锁顺序，否则可能会造

成死锁。

说明：线程一需要对表A、B、C依次全部加锁后才可以进行更新操作，那么线程二的加锁顺序

也必须是A、B、C，否则可能出现死锁。

8. 【强制】并发修改同一记录时，避免更新丢失，要么在应用层加锁，要么在缓存加锁，要么在

数据库层使用乐观锁，使用version作为更新依据。

说明：如果每次访问冲突概率小于20%，推荐使用乐观锁，否则使用悲观锁。乐观锁的重试次

数不得小于3次。

posted @ 2016-11-16 20:33 fysola 阅读(307) 评论(0) 编辑收藏举报

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