多线程入门03 —— 浅谈线程同步问题

线程同步问题

• 并发：同一个对象被多个线程同时操作

• 处理多线程问题时，常会遇到多个线程访问同一个对象的情况，并且其中的某些线程还需要对这个对象进行修改。这时就需要线程同步，以避免数据出错。

1.没有线程同步的例子

• 代码

  package com.pbx.lesson02;
  
  /**
   * 模拟两个人同时从一个银行账户中取钱
   *
   * @author BruceXu
   * @date 2020/9/13
   */
  public class ThreadNotSync {
      public static void main(String[] args) {
          Account account = new Account("棺材本", 100);
          new Bank(account, 50, "我").start();
          new Bank(account, 100, "老婆").start();
      }
  }
  
  class Account {
      String name;
      int Money;
  
      public Account(String name, int Money) {
          this.name = name;
          this.Money = Money;
      }
  }
  
  class Bank extends Thread {
      private final Account account;
      private final int drawing;
      private int currentMoney = 0;
  
      public Bank(Account account, int drawing, String name) {
          super(name);
          this.account = account;
          this.drawing = drawing;
      }
  
      // 取钱
      @Override
      public void run() {
          // 判断还有钱吗
          if (account.Money - drawing < 0) {
              System.out.println("没钱了，别取了" + this.getName());
              return;
          }
  
          //模拟延迟
          try {
              Thread.sleep(500);
          } catch (InterruptedException e) {
              e.printStackTrace();
          }
  
          account.Money -= drawing;
          currentMoney += drawing;
  
          // 结果查看
          System.out.println(this.getName() + "取了：" + drawing + "，账户还剩：" + account.Money);
  
      }
  }
  

• 结果

出现了负数，也就是说不符合实际情况的。

• 内存分析

  

  • 例如：线程1和线程2都需要操作主内存中的共享变量A，当线程1已经在工作内存中修改了共享变量A副本的值但是还没有写回主内存，这时线程2拷贝了主内存中共享变量A到自己的工作内存中，紧接着线程1将自己工作内存中修改过的共享变量A的副本写回到了主内存，很明显线程2加载的共享变量A是之前的旧状态的数据，这样就产生了数据状态不一致的问题。

2.线程同步问题的解决——使用队列+锁

• 线程同步其实就是一种等待机制 , 多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列, 等待前面线程使用完毕 , 下一个线程再使用
• 在Java中，每个对象都有一个锁，这个锁的信息储存在类的头部信息中。当一个线程需要使用这个对象的话，那么对象便把自己的锁给这个对象。当其他线程再来调用这个对象的时候，就拿不到这个锁，也就是拿不到相应的权限。这样的话便保证了线程安全

3. 关键字synchronized

• synchronized的使用有两种方法：synchronized 方法 和synchronized 块
• synchronized方法：
  • synchronized方法控制对 “对象” 的访问 , 每个对象对应一把锁 , 每个ynchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行 , 否则线程会阻塞 ,方法一旦执行 , 就独占该锁 , 直到该方法返回才释放锁 , 后面被阻塞的线程才能获得这个锁 , 继续执行
  • 缺陷：
    • synchronized 在执行时，涉及到操作系统的线程调用，会降低执行效率。如果将一个复杂的方法申明为synchronized，则会对执行效率有较大的影响
• synchronized 代码块（同步块）
  • 在涉及到多线程操作时，将涉及到数据操作的动作使用synchronized代码块进行包裹，这样可以避免因方法使用synchronized而导致的性能降低过多
  • 使用方法
    • 同步块 : synchronized (Obj )
    • Obj 称之为 同步监视器
    • Obj 可以是任何对象 , 但是推荐使用共享资源作为同步监视器
    • 同步方法中无需指定同步监视器 , 因为同步方法的同步监视器就是this , 就是这个对象本身
• synchronized 的使用原则：哪个对象要被改动，就给哪个对象上synchronized关键字

4. 死锁

• 描述：

  • 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 .
  • 比喻
    • 我看你还没睡，那我在玩会手机再睡。你看我没睡，就想再玩会手机再睡。这样你和我两个人都看对方还没睡，都想等对方睡觉之后再睡，这样两个人之间就形成了死循环。。。

• 产生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，在末使用完之前，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。

• 避免：破坏上述条件中的任意一个或多个

5. 锁机制（lock()、和unlock()方法）

• 从JDK 5.0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对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对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。

• 代码示例

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

6. Lock vs synchronized

• Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁），synchronized是隐式锁，出作用域自动释放
• 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）

7. 安全的代码示例

package com.pbx.lesson02;

/**
 * 模拟两个人同时从一个银行账户中取钱
 *
 * @author BruceXu
 * @date 2020/9/13
 */
public class ThreadNotSync {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account("棺材本", 100);
        new Bank(account, 50, "我").start();
        new Bank(account, 100, "老婆").start();
    }
}

class Account {
    String name;
    int Money;

    public Account(String name, int Money) {
        this.name = name;
        this.Money = Money;
    }
}

class Bank extends Thread {
    private final Account account;
    private final int drawing;
    private int currentMoney = 0;

    public Bank(Account account, int drawing, String name) {
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawing = drawing;
    }

    // 取钱
    @Override
    public void run() {
        // synchronized 加锁原则：谁要被改，给谁加锁
        synchronized (account) {
            // 判断还有钱吗
            if (account.Money - drawing < 0) {
                System.out.println("没钱了，别取了" + this.getName());
                return;
            }
            //模拟延迟
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            account.Money -= drawing;
            currentMoney += drawing;
            // 结果查看
            System.out.println(this.getName() + "取了：" + drawing + "，账户还剩：" + account.Money);
        }
    }
}