Java多线程05：死锁、LOCK和线程协作

合集 - Java(30)
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24.Java多线程05：死锁、LOCK和线程协作
25.网络编程基础01：网络编程概述、IP和端口26.网络编程基础02：TCP实现聊天和文件上传27.Java注解和反射01：注解28.Java注解和反射02：反射基本概述和获得Class类的几种方式29.Java注解和反射03：类加载30.Java注解和反射04：Class对象的使用
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Java多线程05：死锁、LOCK和线程协作

死锁

  • 多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形。某一个同步块同时拥有“两个以上对象的锁” 时，就可能会发生“死锁“的问题

死锁避免方法

  • 避免死锁的四个必要条件：
    1. 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
    2. 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
    3. 不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺。
    4. 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

实例：化妆问题

package com.lurenj.syn;

//死锁：多个线程互相抱着对方需要的资源，然后形成僵持
public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup g1 = new Makeup(0,"灰姑娘");
        Makeup g2 = new Makeup(1,"白雪公主");
        g1.start();
        g2.start();

    }
}

class Lipstick{

}

class Mirror{

}

class Makeup extends Thread{

    //需要的资源只有一份，用static来保证只有一份
    static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    static Mirror mirror = new Mirror();

    int choice;
    String girlName;

    Makeup(int choice, String girlName){
        this.choice = choice;
        this.girlName = girlName;
    }

    @Override
    public void run() {
        //化妆
        try {
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //化妆，互相持有对方的锁，需要拿到对方的资源
    private void makeup() throws InterruptedException {

        if (choice == 0){
            synchronized (lipstick){//获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
                }
            synchronized (mirror){//1秒后获得镜子的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
            }
        }else {
            synchronized (mirror){//获得镜子的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
                Thread.sleep(2000);
            }
            synchronized (lipstick){//2秒后获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
            }
        }
    }


}

Lock（锁）

  • 从JDK5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当
  • java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程队共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程队Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象
  • ReentrantLock类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁。

格式：

class A{
  private final ReentrantLock lock = new ReenTranLock();
  public void m(){
    lock.lock();
    try{
      //保证线程安全的代码
    }finally{
      lock.unlock();//如果同步代码有异常，要将unlock()写入finally语句块
    }
  }
}

实例

package com.lurenj.syn;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

//测试LOCK锁
public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 testLock2 = new TestLock2();
        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
    }
}

class TestLock2 implements Runnable{
    int ticketNums = 10;

    //定义lock锁

    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true){

            try{
                lock.lock();//加锁
                if (ticketNums > 0){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(ticketNums--);
                }else {
                    break;
                }

            }finally {
                //解锁
                lock.unlock();
            }


        }
    }
}

synchronized和Lock的对比

  • Lock是显式锁（手动开启和关闭，别忘记关闭锁 ）synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放
  • Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
  • 使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性（提供更多的子类）
  • 优先使用顺序：
    • Lock > 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源） > 同步方法（在方法体之外）

线程协作

线程通信

  • 应用场景：生产者和消费者问题
    • 假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走消费
    • 如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止
    • 如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止

分析：这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者直接相互依赖，互为条件

  • 对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待，而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费
  • 对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经结束消费，需要生产新的产品以供消费
  • 在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的
    • synchronized 可以阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步
    • synchronized 不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）

Java提供了几个方法解决线程之间的通信问题

注意：军事Object类的方法，都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常IIIegalMonitorStateException

解决方法一：并发协作模型“生产者/消费者模式”——>管程法

  • 生产者：负责生产数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）；
  • 消费者：负责处理数据的模块（可能是方法，对象，线程，进程）；
  • 缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，他们之间有个“缓冲区”

生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区拿出数据

实例：卖鸡

package com.lurenj.syn;


//测试：生产者消费者模型--->利用缓冲区解决：管程法

//生产者，消费者，产品，缓冲区
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container = new SynContainer();

        new Producer(container).start();
        new Customer(container).start();
    }
}

//生产者
class Producer extends Thread{
    SynContainer container;
    public Producer(SynContainer container){
        this.container = container;
    }

    //生产
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            container.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生产了" + i + "只鸡");
        }
    }
}
//消费者
class Customer extends Thread{
    SynContainer container;
    public Customer(SynContainer container){
        this.container = container;
    }

    //消费
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消费了-->" + container.pop().id + "只鸡");
        }
    }
}

//产品：鸡
class Chicken{
    int id;

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}

//缓冲区
class SynContainer{
    //需要一个容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    //容器计数器
    int count = 0;

    //生产者放入产品
    public synchronized void push(Chicken chicken){
        //如果容器满了，生产等待，等待消费者消费
        if (count == chickens.length){
            //通知消费者消费，生产等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果没有满，继续放入产品
        chickens[count] = chicken;
        count++;

        //可以通知消费者消费了
        this.notifyAll();

    }

    //消费者消费产品
    public synchronized Chicken pop(){
        //判断能否消费
        if (count == 0){
            //等待生产者生产，消费者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果可以消费
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];

        //通知生产者生产
        this.notifyAll();
        return chicken;
    }
}

解决方法二：并发协作模型“生产者/消费者模式”——>信号灯法

实例：看电视

package com.lurenj.syn;

//测试：生产者消费者模型--->信号灯法，标志位解决
public class TestPc2 {

    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Player(tv).start();
        new Watcher(tv).start();
    }
}
//生产者-->演员
class Player extends Thread{
    TV tv;
    public Player(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 == 0){
                this.tv.play("快乐大本营播放中！");
            }else {
                this.tv.play("椰树牌椰汁广告！");
            }
        }
    }
}

//消费者-->观众
class Watcher extends Thread{
    TV tv;
    public Watcher(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}

//产品-->节目
class TV{
    //演员表演，观众等待
    //观众观看，演员等待

    String voice;//表演的界面
    boolean flag = true;


    //表演
    public synchronized void play(String voice){
        if (!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("演员表演了" + voice);
        //通知观众观看
        this.notifyAll();//通知唤醒
        this.voice = voice;
        this.flag = !this.flag;
    }

    //观看
    public synchronized void watch(){
        if (flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("观众观看了：" + voice);
        //通知演员表演
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

使用线程池

  • 背景：经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大
  • 思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公用交通工具
  • 好处：
    • 提高响应速度（减少了创新线程的时间）
    • 降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
    • 便于线程管理（....）
      • corePoolSize：核心池的大小
      • maximumPoolSize：最大线程数
      • keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多久时间后会终止
  • JDK 5.0起体用了线程池相关API：ExecutorService和Executors
  • ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor
    • void execute(Runnable command)：执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable
    • Futuresubmit(Callabletask)：执行任务，有返回值，一般用来执行Callable
    • void shutdown()：关闭连接池
  • Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池

实例：

package com.lurenj.syn;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

//测试线程池
public class TextPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建服务，创建线程池
        //newFixedThreadPool 参数为：线程池的大小
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());

        //2.关闭连接
        service.shutdown();
    }
}

class MyThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
         System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}
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