java并发编程03：线程安全问题
1、什么是线程安全
如果有多个线程同时运行同一个实现了Runnable接口的类，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；反之，则是线程不安全的。
2、问题演示
为了演示线程安全问题，我们采用多线程模拟多个窗口同时售卖《肥潘大战猪八戒》电影票。
2.1 首先创建售票线程类
package com.mall.thread;
/**
* @Auther: mengyang
* @Date: 2020/1/20 0020 16:05
* @Description:多线程模拟多个窗口同时售卖电影票
* @statement:
*/
public class Ticket implements Runnable{
private int ticketNum = 0; //票号
//线程售票
@Override
public void run() {
while (ticketNum<10){ //模拟10张票
//模拟出票时间
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
//打印进程号和票号，票数减1
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println("线程"+name+"售票，票号："+ticketNum++);
}
}
public static void main(String[] args) {
Ticket ticket = new Ticket();
Thread thread1 = new Thread(ticket, "窗口1");
Thread thread2 = new Thread(ticket, "窗口2");
Thread thread3 = new Thread(ticket, "窗口3");
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
}
}
运行结果如下：
从上面的结果来看，程序出现了2个问题：
1. 相同的票数，比如9这张票被买了2回
2. 不存在的票，比如10票，是不存在的
3、问题分析
线程安全是由全局变量以及静态变量引起的。
若每个线程对全局变量，静态变量只读，不写，一般来说变量是线程安全的。
若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。
综上所述，线程安全根本原因：
l 多个线程在操作共享的数据；
l 操作共享数据的线程代码有多条；
l 多个线程对共享数据有写操作；
4、问题解决-线程同步
要解决以上线程问题，只要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。
为了保证每个线程都能正常执行共享资源操作,Java引入了7种线程同步机制。今天重点介绍前三种，后边的第二天介绍。
1) 同步代码块（synchronized）
2) 同步方法（synchronized）
3) 同步锁（ReenreantLock）
4) 特殊域变量（volatile）
5) 局部变量（ThreadLocal）
6) 阻塞队列（LinkedBlockingQueue）
7) 原子变量（Atomic*）
4.1 同步代码块（synchronized）
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。
语法：
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，可以想象在对象上标记了一个锁
l 锁对象可以是任意类型
l 多个线程要使用同一把锁
注意：在任何时候，最多允许一个线程拥有同步锁，谁先拿到锁就进入代码块，其他线程只能在外面等着（Blocked）
使用同步代码块代码如下：
package com.mall.thread;
/**
* @Auther: mengyang
* @Date: 2020/1/20 0020 16:05
* @Description:多线程模拟多个窗口同时售卖电影票
* @statement:
*/
public class Ticket implements Runnable{
private int ticketNum = 0; //票号
//定义锁对象
Object obj= new Object();
//线程售票
@Override
public void run() {
while (ticketNum<10){ //模拟10张票
synchronized (obj) {
//模拟出票时间
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//打印进程号和票号，票数减1
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println("线程" + name + "售票，票号：" + ticketNum++);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
Ticket ticket = new Ticket();
Thread thread1 = new Thread(ticket, "窗口1");
Thread thread2 = new Thread(ticket, "窗口2");
Thread thread3 = new Thread(ticket, "窗口3");
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
}
}
执行结果如下：线程的安全问题，解决了。
4.2 同步方法（synchronized）
同步方法：使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。
格式：
public synchronized void method(){
可能会产生线程安全问题的代码
}
同步锁是谁?
l 对于非static方法,同步锁就是this。
l 对于static方法,同步锁是当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。
使用同步方法代码如下：
package com.mall.thread;
/**
* @Auther: mengyang
* @Date: 2020/1/20 0020 16:05
* @Description:多线程模拟多个窗口同时售卖电影票
* @statement:
*/
public class Ticket implements Runnable{
private int ticketNum = 0; //票号
//定义锁对象
Object obj= new Object();
//线程售票
@Override
public void run() {
while (true){
sellTicket();
}
}
/**
* 同步方法
*/
private synchronized void sellTicket(){
if(ticketNum< 10){
//1.模拟出票时间
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//2.打印进程号和票号，票数减1
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println("线程"+name+"售票：票号"+ticketNum++);
}
}
public static void main(String[] args) {
Ticket ticket = new Ticket();
Thread thread1 = new Thread(ticket, "窗口1");
Thread thread2 = new Thread(ticket, "窗口2");
Thread thread3 = new Thread(ticket, "窗口3");
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
}
}
执行结果如下：
4.3 同步锁（ReenreantLock）
同步锁：java.util.concurrent.locks.Lock机制提供了比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。
同步锁方法：
public void lock() :加同步锁。
public void unlock() :释放同步锁。
使用重入锁代码如下：
package com.mall.thread;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
* @Auther: mengyang
* @Date: 2020/1/20 0020 16:05
* @Description:多线程模拟多个窗口同时售卖电影票
* @statement:
*/
public class Ticket implements Runnable{
private int ticketNum = 0; //票号
//定义锁对象：构造函数参数为线程是否公平获取锁true-公平；false-不公平，即由某个线程独占，默认是false非公平锁
Lock lock= new ReentrantLock(true);
//线程售票
@Override
public void run() {
while (true){
try{
lock.lock();//加锁
if(ticketNum< 10){
//1.模拟出票时间
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//2.打印进程号和票号，票数减1
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println("线程"+name+"售票：票号"+ticketNum++);
}
}finally {
lock.unlock();//解锁
}
}
}
public static void main(String[] args) {
Ticket ticket = new Ticket();
Thread thread1 = new Thread(ticket, "窗口1");
Thread thread2 = new Thread(ticket, "窗口2");
Thread thread3 = new Thread(ticket, "窗口3");
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
}
}
执行效果如下：
5、小结
Synchronized和Lock区别
l synchronized是java内置关键字，在jvm层面，Lock是个java类；
l synchronized无法判断是否获取锁的状态，Lock可以判断是否获取到锁；（他的加锁方式有三种，使用lock、trylock、trylock(long，TimeUnit)指定时间参数。使用lock来获取锁的话，如果锁被其他线程持有，那么就会处于等待状态。另外需要我们去主动的调用unlock方法去释放锁，即使发生异常，他也不会主动释放锁，需要我们显式的释放。使用trylock方法获取锁，是有返回值的，获取成功返回true，获取失败返回false，不会一直处于等待状态。使用trylock(long，TimeUnit)指定时间参数来获取锁，在等待时间内获取到锁返回true，超时返回false。还可以调用lockInterruptibly方法去中断锁，如果线程正在等待获取锁，可以中断线程的等待状态。）
l synchronized会自动释放锁(a 线程执行完同步代码会释放锁；b 线程执行过程中发生异常会释放锁)，Lock需在finally中手工释放锁（unlock()方法释放锁），否则容易造成线程死锁；
l 用synchronized关键字的两个线程1和线程2，如果当前线程1获得锁，线程2线程等待。如果线程1阻塞，线程2则会一直等待下去，而Lock锁就不一定会等待下去，如果尝试获取不到锁，线程可以不用一直等待就结束了；
l synchronized的锁可重入、不可中断、非公平，而Lock锁可重入、可判断、可公平（默认非公平，两者皆可）
l Lock锁适合大量同步的代码的同步问题，synchronized锁适合代码少量的同步问题。
