java多线程(三)线程的安全问题
1.1. 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。
1.2. 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。
1.2.1. 第一步:创建售票线程类
package com.thread;
/**
* @Auther: lanhaifeng
* @Date: 2019/11/20 0020 21:06
* @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 ticktNum= 0;//票号
//线程售票
public void run() {
while(ticktNum<10){ //模拟售10张票
//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"+ticktNum++);
}
}
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:
程序出现了两个问题:
1. 相同的票数,比如0(第一张)这张票被卖了两回。
2. 不存在的票,比如10票,是不存在的。
1.3. 问题分析
线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。
若每个线程对全局变量、静态变量只读,不写,一般来说,这个变量是线程安全的;
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,线程安全问题根本原因:
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;
1.4. 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*)
1.4.1. 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,可以想象为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,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等着(BLOCKED)。
使用同步代码块代码如下:
package com.thread; /** * @Auther: lanhaifeng * @Date: 2019/11/20 0020 21:20 * @Description:Synchronized实现多线程同步售票 * @statement: */ public class TicketSynchronized implements Runnable{ private int ticktNum= 0; //定义锁对象 Object obj= new Object(); public void run() { while(ticktNum<10){ synchronized (obj){ //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"+ticktNum++); } } } //测试 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。
1.4.2. 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.thread; /** * @Auther: lanhaifeng * @Date: 2019/11/20 0020 21:20 * @Description:Synchronized实现多线程同步售票 * @statement: */ public class TicketSynchronized implements Runnable{ private int ticktNum= 0; //定义锁对象 Object obj= new Object(); public void run() { while(true){ sellTicket(); } } /** * 同步方法 */ private synchronized void sellTicket(){ if(ticktNum< 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"+ticktNum++); } } //测试 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。
1.4.3. 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.thread; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; /** * @Auther: lanhaifeng * @Date: 2019/11/20 0020 21:40 * @Description:多线程ReentrantLock同步实现售票 * @statement: */ public class ThreadReentrantLock implements Runnable{ private int ticktNum= 0; //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); public void run() { while(true){ lock.lock();//加锁 try{ if(ticktNum<10){ //1.模拟出票时间 try { Thread.sleep(50); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //2.打印进程号和票号,票数+1 String name = Thread.currentThread().getName(); System.out.println("线程"+name+"售票:票号"+ticktNum++); } } finally { //放锁 lock.unlock(); } } } //测试 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:
1.5. 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。