多线程同步问题，锁Lock,synchronized
线程同步机制
-
并发：同一个对象被多个线程同时操作
-
处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象。这时候我们就需要线程同步。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，下一个县城再使用
-
线程同步形成条件：队列+锁
-
由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入锁机制synchronized，当一个线程获得对象的排他锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可。存在以下问题：
- 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起；
- 在多线程竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题；
- 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁，会导致优先级倒置，引起性能问题。
三个多线程不安全案例
//不安全的买票
//线程不安全，有负数
public class UnsafeBuyTicket {
public static void main(String[] args) {
BuyTicket station = new BuyTicket();
new Thread(station,"苦逼的我").start();
new Thread(station,"牛逼的你们").start();
new Thread(station,"可恶的黄牛党").start();
}
}
class BuyTicket implements Runnable{
//票
private int ticketNums = 10;
boolean flag = true;//外部停止方式
@Override
public void run() {
//买票
while (flag){
try {
buy();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
private void buy() throws InterruptedException {
//判断是否有票
if (ticketNums<=0){
flag = false;
return;
}
//模拟延时
Thread.sleep(100);
//买票
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
}
}
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//不安全的取钱
//两个人去银行取钱，账户
public class UnsafeBank {
public static void main(String[] args) {
//账户
Account account = new Account(100,"结婚基金");
Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
Drawing girlFriend = new Drawing(account,100,"girlFriend");
you.start();
girlFriend.start();
}
}
//账户
class Account{
int money;//余额
String name;//卡名
public Account(int money, String name){
this.money = money;
this.name = name;
}
}
//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{
Account account;//账户
//取了多少钱
int drawingMoney;
//现在手里有多少钱
int nowMoney;
public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
super(name);
this.account = account;
this.drawingMoney = drawingMoney;
}
//取钱
@Override
public void run() {
//判断有没有钱
if (account.money-drawingMoney<0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了");
return;
}
//sleep可以放大问题的发生性
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//卡内余额 = 余额 - 你取的钱
account.money = account.money - drawingMoney;
//你手里的钱
nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
System.out.println(account.name+"余额为："+account.money);
//Thread.currentThread().getName() = this.getName()
System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);
}
}
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import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
//线程不安全的集合
//不同线程同时向集合中添加元素时，有些元素可能被覆盖
public class UnsafeList {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
List<String> list = new ArrayList<String>();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(()->{
list.add(Thread.currentThread().getName());
}).start();
}
Thread.sleep(3000);
System.out.println(list.size());
}
}
多线程同步的方法
- 由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被方法访问，所以我们只需要针对方法提出一套机制，这套机制就是synchronized关键字，它包括两种用法：synchronized方法和synchronized块。
//同步方法：public synchronized void method(int args){}
- synchronized方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized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：若将一个大的方法声明为synchronized将会影响效率
- 方法里面需要修改的内容才需要锁，锁的太多，浪费资源（只读代码部分可不锁，只锁需要修改的代码部分）
同步块
-
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，或者是class【反射中讲解】
-
同步监视器的执行过程
- 第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码
- 第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问
- 第一个线程访问完毕，解锁同步监视器
- 第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问
-
使用synchronized修改三大案例
//不安全的买票
//线程不安全，有负数
public class UnsafeBuyTicket {
public static void main(String[] args) {
BuyTicket station = new BuyTicket();
new Thread(station,"苦逼的我").start();
new Thread(station,"牛逼的你们").start();
new Thread(station,"可恶的黄牛党").start();
}
}
class BuyTicket implements Runnable{
//票
private int ticketNums = 10;
boolean flag = true;//外部停止方式
@Override
public void run() {
//买票
while (flag){
try {
buy();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//synchronized 同步方法，锁的是this
private synchronized void buy() throws InterruptedException {
//判断是否有票
if (ticketNums<=0){
flag = false;
return;
}
//模拟延时
Thread.sleep(100);
//买票
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
}
}
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//不安全的取钱
//两个人去银行取钱，账户
public class UnsafeBank {
public static void main(String[] args) {
//账户
Account account = new Account(100,"结婚基金");
Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
Drawing girlFriend = new Drawing(account,100,"girlFriend");
you.start();
girlFriend.start();
}
}
//账户
class Account{
int money;//余额
String name;//卡名
public Account(int money, String name){
this.money = money;
this.name = name;
}
}
//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{
Account account;//账户
//取了多少钱
int drawingMoney;
//现在手里有多少钱
int nowMoney;
public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
super(name);
this.account = account;
this.drawingMoney = drawingMoney;
}
//取钱
//synchronized 默认锁的是this
@Override
public void run() {
//锁的对象就是变化的量，需要增删改的对象
synchronized (account){
//判断有没有钱
if (account.money-drawingMoney<0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了");
return;
}
//sleep可以放大问题的发生性
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//卡内余额 = 余额 - 你取的钱
account.money = account.money - drawingMoney;
//你手里的钱
nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
System.out.println(account.name+"余额为："+account.money);
//Thread.currentThread().getName() = this.getName()
System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);
}
}
}
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import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
//线程不安全的集合
//不同线程同时向集合中添加元素时，有些元素可能被覆盖
public class UnsafeList {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
List<String> list = new ArrayList<String>();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(()->{
synchronized (list){
list.add(Thread.currentThread().getName());
}
}).start();
}
Thread.sleep(3000);
System.out.println(list.size());
}
}
CopyOnWriteArrayList(java.util.concurrent(JUC)包下的安全类型的集合)
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
//测试JUC安全类型的集合
public class TestJUC {
public static void main(String[] args) {
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(()->{
list.add(Thread.currentThread().getName());
}).start();
}
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(list.size());
}
}
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：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,"灰姑凉");
Makeup g2 = new Makeup(1,"白雪公主");
g1.start();
g2.start();
}
}
//口红
class Lipstick{
}
//镜子
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;//选择
String girlName;//使用化妆品的人
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，就是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){//一秒钟后想获得镜子
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){//一秒钟后想获得口红的锁
System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
}
}
}
}
}
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//解决方法：
//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,"灰姑凉");
Makeup g2 = new Makeup(1,"白雪公主");
g1.start();
g2.start();
}
}
//口红
class Lipstick{
}
//镜子
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;//选择
String girlName;//使用化妆品的人
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，就是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){//一秒钟后想获得镜子
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){//一秒钟后想获得口红的锁
System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
}
}
}
}
- 死锁避免方法
- 产生死锁的四个必备条件：
- 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
- 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。
- 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。
- 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。
- 只要破坏其中任意一个或多个条件就可以避免死锁发生
- 产生死锁的四个必备条件：
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(可重入锁)实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发行和内存语义，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。
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 ticketName = 10;
//定义lock锁
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true){
try {
lock.lock();//加锁
if (ticketName>0){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(ticketName--);
}else {
break;
}
}finally {
//解锁
lock.unlock();
}
}
}
}
synchronized与Lock的对比
- 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）
作者：wangyudong
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