【Java】线程的同步机制

1.线程安全问题

三个售票窗口，总票数为100张，卖票过程中，线程a在操作ticket，未操作完成时，其他线程参与进来，也操作ticket。导致出现重票、错票问题。（线程安全问题）。

class TicketWindow implements Runnable{
    private int ticket = 100;   //100张票
 
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (ticket>0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":卖票，票号为：" + ticket);
                ticket--;
            }else {
                break;
            }
        }
    }
}
 
class WindowTest{
    public static void main(String[] args) {
        TicketWindow w = new TicketWindow();
 
        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);
 
        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");
 
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

2.解决

当线程a操作ticket时，其他线程不能参与进来，直到线程a操作完成。
在Java中，通过同步机制来解决线程安全问题。

方式一：同步代码块，synchronized修饰代码块

（1）共享数据：在这里就是ticket，被多个线程共同操作
（2）同步监视器（锁），任何一个类的对象（多个线程必须共用一把锁）

① 实现Runnable接口的方式可以使用this，因为只有一个对象 Window1 w = new Window1();。
② 继承Thread类的方式可以使用当前类 synchronized (Window2.class)，类也是一个对象，只会加载一次；使用this则会代表t1,t2,t3多个对象。

class Window1 implements Runnable {
    private int ticket = 100;
 
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (this) {
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：售票，票号" + ticket);
                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}
public class WindowTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        Window1 w = new Window1();
 
        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);
 
        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");
 
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

点击查看代码：继承Thread类的方式，ticket要用static修饰

class Window2 extends Thread {
    private static int ticket = 100;
 
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (Window2.class) {
                if (ticket>0){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":售票，票号"+ticket);
                    ticket--;
                }else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}
 
public class WindowTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Window2 t1 = new Window2();
        Window2 t2 = new Window2();
        Window2 t3 = new Window2();
 
        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");
 
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

方式二：使用同步方法，synchronized修饰方法

（1）同步方法中的同步监视器不需要显式声明
（2）非静态同步方法的同步监视器是this
（3）静态同步方法的同步监视器是当前类本身，因此继承Thread类的方式，同步方法要加static修饰，写为private static synchronized void show()。因为用不了this。

class Window3 implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    private boolean flag = true;
 
    @Override
    public void run() {
        while (flag) {
            show();
        }
    }
 
    private synchronized void show() {
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：售票，票号" + ticket);
            ticket--;
        }else {
            flag = false;
        }
 
    }
}
 
public class WindowTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        Window3 w = new Window3();
 
        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);
 
        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");
 
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

方式三：使用Lock锁，JDK5.0新增

创建对象ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
手动上锁：lock.lock();
手动解锁：lock.unlock();

class Window implements Runnable {
 
    private int ticket = 100;
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
 
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                lock.lock();    //上锁，开启同步
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：售票，票号" + ticket);
                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();    //解锁，关闭同步
            }
        }
    }
}
 
public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Window w = new Window();
        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);
 
        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");
 
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

synchronized与lock的异同

• 相同：二者都可以解决线程安全问题
• 不同：
  • synchronized在执行完同步代码后，自动释放同步监视器
  • Lock需要手动启动同步（lock()），结束同步也需要手动关闭同步（unlock()）

优先使用顺序
① LOCK
② 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）
③ 同步方法（在方法体之外）