JAVA线程资源共享问题

JAVA多线程共享资源问题

场景引入

这个场景是一个典型的多线程共享资源的场景，主要目的是测试和观察多个线程对共享变量 sum 进行并发操作时是否会出现线程安全问题
场景描述

共享资源：

• 共享变量 sum，初始值为 0。
• 多个线程同时对 sum 进行操作，一个线程负责自增操作，另一个线程负责自减操作。

线程操作：

• 每个线程在循环中对 sum 进行 1000 次操作。
• 自增线程每次将 sum 增加 1，自减线程每次将 sum 减少 1。

日志记录：

• 使用 Logger 记录每次操作的线程名称、操作类型（加法或减法）以及操作后的 sum 值。

目的

• 测试线程共享问题：通过观察 sum 的值，测试是否存在线程安全问题。如果没有同步机制，可能会出现数据不一致的情况。
• 验证并发操作的正确性：在没有同步机制的情况下，多个线程同时操作共享变量 sum，可能会导致数据竞争和不正确的结果。

预期结果

• 线程安全问题：由于没有使用同步机制，多个线程同时操作 sum，可能会导致数据竞争，最终 sum 的值可能不正确。
  日志输出：日志会记录每次操作的详细信息，可以通过日志观察 sum 的变化情况。

public class syncThreadDemo01 extends Thread{

    Logger logger = LoggerFactory.getLogger(syncThreadDemo01.class);

    static Integer sum = 0;

    // 需求： 基于sum 开启多个线程，一个线程自增，一个线程减，测试是否有线程共享问题
    private Boolean isAdd;
    private String threadName;

    public syncThreadDemo01(Boolean isAdd,String threadName) {
        this.isAdd = isAdd;
        this.threadName = threadName;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0 ;i<1000;i++){
            if (isAdd){
                sum+=1;
            }else {
                sum-=1;
            }
            logger.info("线程：{}开始执行。。。。。。。。。。。,执行模式：{},输出结果：{}",threadName,isAdd?"加法":"减法",sum);
        }
    }
}

public class ThreadMainDemo {

    public static void main(String[] args) {
//        ThreadDemo thread = new ThreadDemo("线程1");
//        thread.start();

        // 测试 资源共享问题
        syncThreadDemo01 addThread = new syncThreadDemo01(true, "加线程");
        syncThreadDemo01 delThread = new syncThreadDemo01(false, "减线程");

        addThread.start();
        delThread.start();
    }
}

输出结果：

临界区

• 一个程序运行多个线程本身是没有问题的
• 问题出在多个线程访问共享资源
  • 多个线程读共享资源其实也没有问题
  • 在多个线程对共享资源读写操作时发生指令交错，就会出现问题
• 一段代码块内如果存在对共享资源的多线程读写操作，称这段代码块为临界区
  例如，下面代码中的临界区
  

synchronized

为了避免临界区的竞态条件发生，有多种手段可以达到目的。

• 阻塞式的解决方案：synchronized，Lock
• 非阻塞式的解决方案：原子变量

本次使用阻塞式的解决方案：synchronized，来解决上述问题，即俗称的【对象锁】，它采用互斥的方式让同一时刻至多只有一个线程能持有【对象锁】，其它线程再想获取这个【对象锁】时就会阻塞住。这样就能保证拥有锁的线程可以安全的执行临界区内的代码，不用担心线程上下文切换

输出结果：0

竟然说synchronizzed 是对象锁，那么我通过创建对象的方式，将对象作为形参会有什么效果，以下是静态对象和成员对象的方式

输出结果：不符合预期结果，产生了对资源共享的问题
分析：
由于创建线程的时候，分别创建了两次，所以在这个当中，对象锁锁的是它这个线程的本身，并没有对其他线程进行加锁。

竟然如此，换算成静态成员对象的方式，是否可以解决这个问题。

测试结果：符合预期，解决了多个线程 对 共享资源的问题。

变量的线程安全分析

成员变量和静态变量是否线程安全？

• 如果它们没有共享，则线程安全
• 如果它们被共享了，根据它们的状态是否能够改变，又分两种情况
  • 如果只有读操作，则线程安全
  • 如果有读写操作，则这段代码是临界区，需要考虑线程安全