线程同步 · Rwhither’s Blog

基本概念 #

并发：同一个对象被多个线程同时操作

线程同步：线程同步是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面的线程使用完毕，下一个线程再使用。

线程同步的形成关键是：队列和锁

由于同一个进程的多个线程共享一块存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入 锁机制（synchronized），当一个线程获得对象的排他锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可，但存在以下问题：

一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起
在多线程竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题
如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁会导致优先级倒置，引起性能问题

线程不安全的实例 #

//不安全买票
public class Demo24_UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();
        new Thread(buyTicket, "张三").start();
        new Thread(buyTicket, "李四").start();
        new Thread(buyTicket, "王五").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {
    //票
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag) {
            try {
                buy();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    //买票
    private void buy() {
        //判断是否有票
        if (ticketNums <= 0) {
            flag = false;
            return;
        }
        //延迟
        try {
            Thread.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNums--);
    }
}

/**
 * 不安全的取钱
 */
public class Demo25_UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(100, "结婚基金");
        Drawing you = new Drawing(account, 50, "展堂");
        Drawing girlfriend = new Drawing(account, 100, "sad");
        you.start();
        girlfriend.start();
    }
}

//账户
class Account {
    int money;//余额
    String cardName;//卡名

    public Account(int money, String cardName) {
        this.money = money;
        this.cardName = cardName;
    }
}

//银行:模拟取款
class Drawing extends Thread {
    Account account;//账户
    int drawingMoney;//取金额
    int nowMoney;//你手里的钱

    public Drawing(Account account, int drawingMoney, String name) {
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;
    }

    //取钱
    @Override
    public void run() {
        //判断是否有钱
        if (account.money - drawingMoney < 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "余额不足,不能进行取钱");
            return;
        }
        try {
            Thread.sleep(1000);//放大问题的发生性
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //卡内金额 = 余额-你的钱
        account.money = account.money - drawingMoney;
        //你手里的钱
        nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
        System.out.println(account.cardName + "余额为:" + account.money);
        //this.getName()==Thread.currentThread().getName()
        System.out.println(this.getName() + "手里的钱:" + nowMoney);
    }
}

//线程不安全的集合
public class Demo26_UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

/*
运行结果不会是 1000，由于存在多个线程操作列表中同一个位置的可能
*/

同步方法和同步块 #

由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被方法访问，所以我们只需要针对方法提出一套机制，这套机制就是synchronized关键字，它包括两种用法：

synchronized 方法
synchronized块

同步方法 #

public synchronized void method（int args）

synchronized方法控制对对象的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行（this对象），否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行。

缺陷：

若将一个大的方法申明为synchronized将会影响效率
方法里面需要修改的内容才需要锁，锁的太多，浪费资源。

//安全买票
public class Demo27_SafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket1 buyTicket = new BuyTicket1();
        new Thread(buyTicket, "张三").start();
        new Thread(buyTicket, "李四").start();
        new Thread(buyTicket, "王五").start();
    }
}

class BuyTicket1 implements Runnable {
    //票
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        //买票
        while (flag) {
            try {
                buy();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    //synchronized 同步方法,锁的是this
    private synchronized void buy() {
        //判断是否有票
        if (ticketNums <= 0) {
            flag = false;
            return;
        }
        //延迟
        try {
            Thread.sleep(1);java
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到" + ticketNums--);
    }
}

同步块 #

synchronized（Obj）{}

Obj 称之为同步监视器。Obj 可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器
同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是this，就是这个对象本身，或者是class

同步监视器的执行过程

第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码.
第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问.
第一个线程访问完毕，解锁同步监视器.
第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问。

/**
 * 安全的取钱 同步块
 */
public class Demo28_SafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account1 account = new Account1(100, "结婚基金");
        Drawing1 you = new Drawing1(account, 50, "展堂");
        Drawing1 girlfriend = new Drawing1(account, 100, "sad");
        you.start();
        girlfriend.start();
    }
}

//账户
class Account1 {
    int money;//余额
    String cardName;//卡名

    public Account1(int money, String cardName) {
        this.money = money;
        this.cardName = cardName;
    }
}

//银行:模拟取款
class Drawing1 extends Thread {
    Account1 account;//账户
    int drawingMoney;//取金额
    int nowMoney;//你手里的钱

    public Drawing1(Account1 account, int drawingMoney, String name) {
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;
    }

    //取钱
    @Override
    public void run() {
        //锁的对象就是变量的量,需要增删改查的对象
        synchronized (account) {
            //判断是否有钱
            if (account.money - drawingMoney < 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "余额不足,不能进行取钱");
                return;
            }
            try {
                Thread.sleep(1000);//放大问题的发生性
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //卡内金额 = 余额-你的钱
            account.money = account.money - drawingMoney;
            //你手里的钱java
            nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
            System.out.println(account.cardName + "余额为:" + account.money);
            //this.getName()==Thread.currentThread().getName()
            System.out.println(this.getName() + "手里的钱:" + nowMoney);
        }
    }

JUC安全集合类型扩充 #

普通的List类型比如ArrayList是线程不安全的，如果将下列 CopyOnWriteArrayList类改成普通的ArrayList会发现运行结果多次不同。

//测试JUC安全类型的集合
public class Demo30_ThreadJuc {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}