Java多线程

线程同步

• 并发：同一个对象被多个线程执行
• 处理多线程问题时，多线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象，这时候我们就需要线程同步，线程同步其实就是一种等待机制，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，等待前面线程使用完毕，下一个线程再使用
• 由于统一进程的多个线程共享同一块储存空间，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它锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可，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
  • 如果一个优先级好的线程等待一个优先级低的线程锁放锁，会导致优先级倒置，引起性能问题
• 不安全表现

package top.dty.process;
//不安全的买票
//线程不安全，有负数 可能会拿到相同的票
public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();

        new Thread(station,"你").start();
        new Thread(station,"我").start();
        new Thread(station,"他").start();
    }
}
class BuyTicket implements Runnable{

    private int ticketNum = 10;
    boolean flag = true;//外部停止方式

    @Override
    public void run() {
        while (flag){
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    private void buy() throws InterruptedException {
        //判断是否有票
        if(ticketNum<=0){
            flag = false;
            return;
        }
        //模拟演示
        Thread.sleep(100);
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNum--);
    }
}

package top.dty.process;
//不安全的银行取钱
//取钱人争抢账户资金
public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(50, "学习基金");
        Drawing me = new Drawing(account,50,"me");
        Drawing you = new Drawing(account,100,"you");
        me.start();
        you.start();

    }
}
//账户
class Account{
    int money;//余额
    String name;//卡名

    public Account(int money, String name) {
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}
//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{
    Account account;//账号
    int drawingMoney;//你取的钱
    int nowMoney;//取了多少钱

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

    @Override
    public void run() {
        //判断卡上有没有钱
        if(account.money - drawingMoney <0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了钱");
            return;
        }
        //有sleep来放大问题的发生性
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //卡内余额 = 余额 - 你取的钱
        account.money = account.money - drawingMoney;
        //你手里面的钱
        nowMoney = nowMoney +drawingMoney;

        System.out.println(account.name+"余额为"+account.money);
        System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);

    }
}

package top.dty.process;
//两个线程会同时进行，在一个时间能有两条线程发生
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//线程不安全的集合
public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
               list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
       Thread.sleep(1000);
        System.out.println(list.size());
    }
}

同步方法

• 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方法和synchronized块。
• 同步方法：public synchronized void method(int args){}
• synchronized方法控制“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，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，锁太多，浪费资源

package top.dty.process;

public class SafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();

        new Thread(station,"你").start();
        new Thread(station,"我").start();
        new Thread(station,"他").start();
    }
}
class BuyTicket1 implements Runnable{

    private int ticketNum = 10;
    boolean flag = true;//外部停止方式

    @Override
    public void run() {
        while (flag){
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    //synchronized 同步方法，锁定是this
    private synchronized void buy() throws InterruptedException {
        //判断是否有票
        if(ticketNum<=0){
            flag = false;
            return;
        }
        //模拟演示
        Thread.sleep(1000);
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNum--);
    }
}

同步块

• 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
• 所得对象就是变化的量，需要增删改的对象

package top.dty.process;
//不安全的银行取钱
//取钱人争抢账户资金
public class SafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account(50, "学习基金");
        Drawing me = new Drawing(account,50,"me");
        Drawing you = new Drawing(account,100,"you");
        me.start();
        you.start();

    }
}
//账户
class Account{
    int money;//余额
    String name;//卡名

    public Account(int money, String name) {
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}
//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{
    Account account;//账号
    int drawingMoney;//你取的钱
    int nowMoney;//取了多少钱

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

    @Override
    public void run() {
        //synchronized块
        //所得对象就是变化的量，需要增删改的对象
        synchronized (account){
            //判断卡上有没有钱
            if(account.money - drawingMoney <0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了钱");
                return;
            }
            //有sleep来放大问题的发生性
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //卡内余额 = 余额 - 你取的钱
            account.money = account.money - drawingMoney;
            //你手里面的钱
            nowMoney = nowMoney +drawingMoney;

            System.out.println(account.name+"余额为"+account.money);
            System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);

        }

    }
}

package top.dty.process;
//两个线程会同时进行，在一个时间能有两条线程发生
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//线程不安全的集合
public class SafeList {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                synchronized (list){
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }

            }).start();
        }
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(list.size());
    }
}

• JUC安全类集合

package top.dty.process;

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class TestJUC {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

死锁

• 多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形，某一个同步块同时拥有“两个以上对象的锁”时，就可能会发生“死锁”的问题。
• 产生死锁的四个必要条件：
  • 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用
  • 请求与保持条件：一个线程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放
  • 循环等待条件：若干个进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系
• 上面列出了死锁的四个必要条件，我们只要想办法破其中的任意一个班或多个条件啊就可以避免死锁发生

package top.dty.process;

public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup g1 = new Makeup(0,"红公主");
        Makeup g2 = new Makeup(1,"白公主");
        g1.start();
        g2.start();

    }
}
//口红
class Lipstick{

}

//镜子
class Mirror{

}

class Makeup extends Thread{
    //需要的资源只有一份，用static来保证只有一份
    static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    static Mirror mirror = new Mirror();
    int choice;//选择
    String name;//使用化妆品的人

    Makeup(int choice,String name){
        this.choice = choice;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private void makeup() throws InterruptedException {
        if(choice == 0){
            synchronized (lipstick){
                System.out.println(this.name+"获得口红");
                Thread.sleep(1000);
            }
            synchronized (mirror){
                System.out.println(this.name+"获得镜子");
            }
        }else {
            synchronized (mirror){
                System.out.println(this.name+"获得镜子");
            }
            synchronized (lipstick){
                System.out.println(this.name+"获得口红");
            }
        }
    }
}

Lock(锁)

• 从JDK5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显示定义锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当

• java.util.concurrent.locks.lock接口时控制多个线程对共享资源进行访问的工具。所提供了对象共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应该获得Lock对象

• ReentrantLock(可重入锁)类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显示加锁，释放锁。

• class A{
      private final ReentratLock = new ReentrantLock();
      public void m(){
          loock.lock();
          try{
              //保证线程安全的代码
          }
          finally{
              lock.unlock();
              //如果同步代码块有异常，要将unlock()写入finally语句块
          }
      }
  }
  

synchronized与Lock的对比

• Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁）synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放

• Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁

• 使用Lock锁，JVM将花费较少的时间调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性（提供更多的子类）

• 优先使用顺序：

  Lock>同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）>同步方法（在方法体之外）

• 实例

package top.dty.process;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

//不安全的买票
//线程不安全，有负数 可能会拿到相同的票
public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket1 station = new BuyTicket1();

        new Thread(station,"你").start();
        new Thread(station,"我").start();
        new Thread(station,"他").start();
    }
}
class BuyTickets implements Runnable{

    private int ticketNum = 10;
    boolean flag = true;//外部停止方式
    //创建Lock锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while (flag){
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    private void buy() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            //判断是否有票
            if(ticketNum<=0){
                flag = false;
                return;
            }
            //模拟演示
            Thread.sleep(100);
            //买票
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNum--);
        }
        finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}