java中线程安全的问题

java中线程安全的问题

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线程安全

如果有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。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。

我们通过一个案例,演示线程的安全问题:

电影院要卖票,我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “葫芦娃大战奥特曼”,本次电影的座位共100个 (本场电影只能卖100张票)。

我们来模拟电影院的售票窗口,实现多个窗口同时卖 “葫芦娃大战奥特曼”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)

需要窗口,采用线程对象来模拟;需要票,Runnable接口子类来模拟

模拟票:

public class Ticket implements Runnable {
    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticket > 0) {
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖:" + ticket--);
            }
        }
    }
}

测试类:

public class TicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket ticket = new Ticket();
        new Thread(ticket, "窗口1").start();
        new Thread(ticket, "窗口2").start();
        new Thread(ticket, "窗口3").start();
    }
}

结果中有一部分这样现象:
image.png

  1. 相同的票数,比如5这张票被卖了两回。
  2. 不存在的票,比如0票与-1票,是不存在的。

这种问题,几个窗口(线程)票数不同步了,这种问题称为线程不安全。

线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写 操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的;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。

线程同步

为了保证每个线程都能正常执行原子操作,Java引入了线程同步机制。 那么怎么去使用呢?有三种方式完成同步操作:

  1. 同步代码块
  2. 同步方法
  3. 锁机制

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。

格式:

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。

  1. 锁对象可以使任意类型
  2. 多个线程对象要使用同一把锁

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,其他的线程被阻塞。

使用同步代码块解决代码

public class Ticket implements Runnable {
    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (this){ //把当前对象当做一把同步锁
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖:" + ticket--);
                }
            }
        }
    }
}

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:

  • 对于非静态方法,同步锁就是this
  • 对于静态方法,同步锁就是我们使用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:

public class Ticket implements Runnable {
    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            sellTicket();
        }
    }
    public synchronized void sellTicket(){
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖:" + ticket--);
        }
    }
}

Lock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。

Lock锁也称同步锁,加锁与释放锁方法化了,如下:

  • public void lock() :加同步锁。
  • public void unlock() :释放同步锁。

使用同步锁的代码如下:
Lock是一个接口,需要借助它的实现类java.util.concurrent.locks.ReentrantLock

public class Ticket implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            lock.lock();
            if (ticket > 0) {
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖:" + ticket--);
            }
            lock.unlock();
        }
    }
}