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线程安全

news 来源：原创 2024/5/5 22:40:06

1.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。

代码实现：

public class RunnableImpl implements Runnable{
    // 定义一个多个线程共享的票源
    private int ticket = 100;
    // 设置线程任务:卖票
    @Override
    public void run() {
        // 使用死循环，让卖票重复执行
        // 先判断票是否存在
        while(ticket > 0){ // 票存在
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->正在卖第" + ticket + "张票");
            ticket--;
        }
    }
}

public static void main(String[] args) {
    // 创建Runable实现类对象
    RunnableImpl impl = new RunnableImpl();
    // 创建Thread对象，有参构造
    Thread td = new Thread(impl);
    Thread td1 = new Thread(impl);
    Thread td2 = new Thread(impl);
    // 创建新的线程，执行run方法
    td.start();
    td1.start();
    td2.start();
}

运行截图：（明显是有线程安全问题）

线程安全问题产生的原因：

注意：线程安全问题是不能产生的，我们可以让一个线程在访问问共享数据的时候，无论是否失去了cpu的执行权，让其他线程只能等待，等待当前线程执行完任务，其他线程再执行任务。保证始终一个线程在执行。

这就是线程同步。

2.线程同步

当我们使用多个线程访问统一资源的时候，且多个线程中对资源有修改权限，就容易出现线程安全问题。

要解决上述多线程并发访问同一资源的安全性问题，Java提供了同步机制（synchronized）来解决。

根据案例简述：

窗口1线程进入操作的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操作结束，窗口1和窗口2和窗口3才有机会重新抢夺cpu进行执行。也就是说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原子操作，Java引入了线程同步机制。

那么怎么使用呢？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

2.1同步代码块

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块

}

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.锁对象可以是任意类型。

2.多个线程对象要使用同一把锁。（即不要将锁对象创建写在run方法里，那么启动一次创建一个，保证不了唯一性）

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。

使用同步代码块解决安全问题代码：

public class RunnableImpl implements Runnable{
    // 定义一个多个线程共享的票源
    private int ticket = 100;

    // 创建一个锁对象，可以是任意对象
    Object obj = new Object();

    // 设置线程任务:卖票
    @Override
    public void run() {
        // 使用死循环，让卖票重复执行
        // 先判断票是否存在
        while(true){ // 票存在
            // 在方法中创建同步代码块
            synchronized (obj){
                // 同步代码块
                if(ticket > 0) {
                    try { // 提高出现线程安全问题的概率
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->正在卖第" + ticket + "张票");
                    ticket--;
                }
            }
        }
    }
}

同步技术的原理：

2.2 同步方法

使用synchronized修饰的方法，就叫做同步方法，保证A线程执行该方法时，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static方法，同步锁就是this。

对于static方法，我们使用当前方法所在类的字节码对象（类名.class）。

非静态同步方法：

使用同步方法代码如下：

/*
解决线程安全问题的第二种方案：同步方法
使用步骤：
1.把访问了共享数据的代码抽取出来，放到一个方法中
2.在方法上添加synchronized修饰符

格式：定义方法的格式
修饰符 synchronized 返回值类型 方法名（参数列表）{
    访问了共享数据的代码
}
 */
public class RunnableImpl2 implements Runnable{
    // 定义一个多个线程共享的票源
    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        // 打印调用对象的地址值，即此处的同步锁
        System.out.println("this:" + this);
        // 使用死循环，让卖票重复执行
        // 先判断票是否存在
        while(true){ // 票存在
            payTicket();
        }
    }
    /*定义了一个同步方法
    * 同步方法也会把方法内部的代码锁住
    * 只让一个线程执行
    * 同步方法的锁对象是谁？
    * 就是实现类对象 new RunableImpl()
    * 也就是this
    * 注意并不是Thread的实例对象
    * */
    public synchronized void payTicket(){
        if(ticket > 0) {
            try { // 提高出现线程安全问题的概率
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->正在卖第" + ticket + "张票");
            ticket--;
        }
    }
}

由运行截图可以看出：this地址值和Runnable实例对象的地址值相同，所以非静态同步方法中的同步锁this对象即Runnable实例对象。

静态同步方法（了解即可）：

静态同步方法的同步锁不能是this，因为静态方法中不能使用this关键字（原因：静态方法属于类，this是对象，类的创建在对象实例化之前完成），所以静态同步方法的同步锁不是this。

而是本类的class属性-->class文件对象（反射）

/*
静态同步方法锁对象是谁？
不能是this
 */
public static synchronized void payTicketStatic(){
    // 静态方法不可调用非静态成员变量或成员方法
    if(ticket > 0) {
        try { // 提高出现线程安全问题的概率
            Thread.sleep(10);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->正在卖第" + ticket + "张票");
        ticket--;
    }
}

2.3Lock锁

java.util.cocurrent.locks.Lock机制提供了比sychronized代码块和sychronized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。

（程序频繁判断锁，获取锁，释放锁，但是看不到什么时候操作的），Lock锁也称同步锁，加锁和释放锁方法化了，如下：

public void lock()：加同步锁

public void unlock()：释放同步锁

接口需要有实现类，查看API文档可看到Lock接口有一个ReentrantLock实现类。

使用步骤：

1.在成员位置创建一个ReentrantLock对象；

2.在可能会出现安全问题的代码前调用lock接口中的方法lock（）获取锁；

3.在可能会出现安全问题的代码后调用lock接口中的方法unlock（）释放锁；

public class RunnableImpl3 implements Runnable {
    // 定义一个多个线程共享的票源
    private static int ticket = 100;

    // 1.在成员位置创建一个ReentrantLock对象；
    // 多态写法
    Lock lock = new ReentrantLock();


    @Override
    public void run() {
        // 使用死循环，让卖票重复执行
        // 先判断票是否存在
        while (true) { // 票存在
            // 2.在可能会出现安全问题的代码前调用lock接口中的方法lock（）获取锁；
            lock.lock();
            if (ticket > 0) {
                try { // 提高出现线程安全问题的概率
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->正在卖第" + ticket + "张票");
                ticket--;
            }
            // 3.在可能会出现安全问题的代码后调用lock接口中的方法unlock（）释放锁；
            lock.unlock();
        }
    }
}