java线程同步

线程同步

并发：多个线程访问同一个对象 例：上万人同时抢100张票

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，下一个线程再使用

线程同步：队列+锁（synchronized）

线程同步存在的问题（损失性能）：

  • 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
package com.yuanyu.syn;

//不安全的买票
public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();

        new Thread(buyTicket,"小红").start();
        new Thread(buyTicket,"小黑").start();
        new Thread(buyTicket,"小白").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{

    private int ticketNums=10;
    private boolean flag=true;

    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag){
            buy();
        }
    }

    private void buy(){
        if (ticketNums<=0){
            flag=false;
            return;
        }

        //模拟延时
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到了"+ticketNums--);
    }
}

程序运行结果：
image

每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致

package com.yuanyu.syn;

//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) {
        Account account = new Account(100,"小金库");

        Drawing d1 = new Drawing(account,50,"I");
        Drawing d2 = new Drawing(account,100,"You");

        d1.start();
        d2.start();

    }
}

class Account{
    int money; //余额
    String name; //卡名

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

//银行：模拟取钱
class Drawing extends Thread{
    Account account; //账户
    int drawingMoney; //已取钱数
    int nowMoney; //手里钱数

    @Override
    public void run() {
        if (account.money-drawingMoney<0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够了，取不了");
            return;
        }


        account.money=account.money-drawingMoney; //账户余额
        nowMoney=nowMoney+drawingMoney; //手里的钱

        System.out.println(account.name+"余额为："+account.money);
        System.out.println(this.getName()+"手里的钱为："+nowMoney);                     				//this.getName()=Thread.currentThread().getName()
    }

    public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name){
        super(name);
        this.account=account;
        this.drawingMoney=drawingMoney;



    }


}

程序运行结果：

You钱不够了，取不了
小金库余额为：50
I手里的钱为：50

Thread.sleep() 延时可以放大问题的发生性

package com.yuanyu.syn;

import java.util.ArrayList;

//线程不安全的集合
public class UnsafeTest {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            } ).start();
        }

        //延时可以放大问题的发生性
//        try {
//            Thread.sleep(3000);
//        } catch (InterruptedException e) { //1000
//            e.printStackTrace();
//        }
        System.out.println(list.size()); //994
    }
}

并发的解决方法：线程同步

通过synchronized关键字控制“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，锁的太多会浪费资源

package com.yuanyu.syn;

//安全的买票
public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();

        new Thread(buyTicket,"小红").start();
        new Thread(buyTicket,"小黑").start();
        new Thread(buyTicket,"小白").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{

    private int ticketNums=10;
    private boolean flag=true;

    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag){
            buy();
        }
    }

    //synchronized同步方法，锁的是this
    private synchronized void buy(){
        if (ticketNums<=0){
            flag=false;
            return;
        }

        //模拟延时
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到了"+ticketNums--);
    }
}

程序运行结果：

image

package com.yuanyu.syn;

//安全的取钱
//两个人去银行取钱，账户
public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(100,"小金库");

        Drawing d1 = new Drawing(account,50,"I");
        Drawing d2 = new Drawing(account,100,"You");

        d1.start();
        d2.start();

    }
}

class Account{
    int money; //余额
    String name; //卡名

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

//银行：模拟取钱
class Drawing extends Thread{
    Account account; //账户
    int drawingMoney; //已取钱数
    int nowMoney; //手里钱数

    @Override
    public synchronized void run() {
        synchronized (account) {
            if (account.money-drawingMoney<0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够了，取不了");
                return;
            }


            account.money=account.money-drawingMoney; //账户余额
            nowMoney=nowMoney+drawingMoney; //手里的钱

            System.out.println(account.name+"余额为："+account.money);
            System.out.println(this.getName()+"手里的钱为："+nowMoney);       							//this.getName()=Thread.currentThread().getName()
        }
    }

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

锁的对象一定是个变化的量，需要增删改的对象

以上代码示例变化的不是银行，而是账户，因此synchronized应该锁账户account

package com.yuanyu.syn;

import java.util.ArrayList;

//线程安全的集合
public class UnsafeTest {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                synchronized (list) {
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            } ).start();
        }

        //延时可以放大问题的发生性
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size()); 
    }
}

10000

synchronized(Obj){}块 （Alt+Ctrl+T）

Obj称之为同步监控器

Obj可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监控器

同步方法中无需指定同步监控器，因为同步方法的同步监控器就是this，就是这个对象本身或者是class

同步监控器的执行过程

  1. 第一个线程访问，锁定同步监控器，执行其中代码
  2. 第二个线程访问，发现同步监控器被锁定，无法访问
  3. 第一个线程访问完毕，锁定同步监控器
  4. 第二个线程访问，发现同步监控器没有锁，然后锁定访问

使用JUC解决线程并发问题：

package com.yuanyu.syn;

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

//juc并发包下 安全处理并发问题
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(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size()); //10000
    }
}

Lock

  • 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
  • JUC的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
  • ReentranLock（可重入锁）类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存的语义性，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentranLock，可以显式加锁，释放锁。
package com.yuanyu.syn;

import com.yuanyu.thread.TestThread2;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

//测试锁
public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 testLock2 = new TestLock2();

        new Thread(testLock2,"A").start();
        new Thread(testLock2,"B").start();
        new Thread(testLock2,"C").start();
    }
}

class TestLock2 implements Runnable{

    int ticketNums=10;

    //显式定义lock锁
    private final ReentrantLock reentrantLock =new ReentrantLock();

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

            try {
                reentrantLock.lock(); //加锁
                if (ticketNums>0){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ticketNums--);
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                else {
                    break;
                }
            }finally {
                reentrantLock.unlock(); //解锁
            }

        }
    }
}

程序运行结果：

image

synchronized与Lock对比：

  • Lock是显式锁（需要手动开启关闭），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）
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