线程安全问题概述
当我们使用多个线程访问同一资源（可以是同一个变量、同一个文件、同一条记录等）的时候，若多个线程只有读操作，那么不会发生线程安全问题，但是如果多个线程中对资源有读和写的操作，就容易出现线程安全问题。 下面我们来总结一下，什么情况下会产生共享资源。
什么是情况下是共享资源
- 局部变量不能共享，局部变量是每次调用方法都是独立的
- 不同的实例对象的实例变量是独立的。
- 一个类的静态变量是共享的
- 同一个对象的实例变量共享
经典案例，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 “小蝌蚪找妈妈”，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3个窗口同时卖。
定义类，模拟票
public class MyThread implements Runnable {
//共享资源
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
//票的数量小于1就停止卖票
if (ticket < 1) {
break;
}
//睡眠100毫秒，模拟收钱时间
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票" + ticket+"张票");
//每次卖票就减少票的数量
ticket--;
}
}
}
定义测试类
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//线程任务对象
MyThread mt = new MyThread();
//创建3个线程对象，模拟三个窗口
Thread t1 = new Thread(mt, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(mt, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(mt, "窗口3");
//启动线程，模拟开始卖票
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
发现程序出现了两个问题：
- 相同的票数,比如某张票被卖了两回。
- 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。
多线程造成线程安全问题的原因：
- 线程的调度是抢占式的，任何线程在任何时刻都有可能失去对CPU的使用权
- 线程任务结束之后，该线程就会被销毁
- 主线程必须等子线程执行完毕之后，才会结束
解决线程安全问题
要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题，Java中提供了同步机制 (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才有机会进入代码去执行。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。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(BLOCKED)。
synchronized关键字
synchronized 表示“同步”的。它可以对“多行代码”进行“同步”——将多行代码当成是一个完整的整体，一个线程如果进入到这个代码块中，会全部执行完毕，执行结束后，其它线程才会执行。这样可以保证这多行的代码作为完整的整体，被一个线程完整的执行完毕。synchronized被称为“重量级的锁”方式，也是“悲观锁”——效率比较低。
锁的范围问题
- 锁的范围太小：不能解决安全问题
- 锁的范围太大：因为一旦某个线程抢到锁，其他线程就只能等待，所以范围太大，效率会降低，不能合理利用CPU资源。
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:
注意事项
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.
- 锁对象 可以是任意类型。
- 多个线程对象 要使用同一把锁。、
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(BLOCKED)。下面我们使用同步代码块来解决线程安全问题
public class MyThread implements Runnable {
//共享资源
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
//锁对象，可以是任意类型，但必须是唯一的
synchronized (this) {
//票的数量小于1就停止卖票
if (ticket < 1) {
break;
}
//睡眠100毫秒，模拟收钱时间
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票" + ticket + "张票");
//每次卖票就减少票的数量
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：
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)。
下面我们使用同步方法来解决线程安全问题
public class MyThread implements Runnable {
//共享资源
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
if (sellTickets()) break;
}
}
//同步方法
private synchronized boolean sellTickets() {
//锁对象，可以是任意类型，但必须是唯一的
//票的数量小于1就停止卖票
if (ticket < 1) {
return true;
}
//睡眠100毫秒，模拟收钱时间
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票" + ticket + "张票");
//每次卖票就减少票的数量
ticket--;
return false;
}
}
开发中,一条线程使用的是同步代码块,一条线程使用的是同步方法,但这2条线程需要实现同步，实现这个需求。同步代码块和同步方法的锁对象必须一致,而同步方法的锁对象是默认的,所以必须清楚同步方法的锁对象
自定义任务类
public class Demo {
public void method1() {
System.out.println("张三开门");
System.out.println("张三脱衣服");
try {
//洗澡时间
Thread.sleep(1000);
System.out.println("张三洗澡");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("张三洗完了");
System.out.println("张三出去");
}
//同步方法
public synchronized void method2() {
System.out.println("李四开门");
System.out.println("李四脱衣服");
try {
//洗澡时间
Thread.sleep(1000);
System.out.println("李四洗澡");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("李四洗完了");
System.out.println("李四出去");
}
}
自定义测试类
// 我们必须保证不同的线程对象，锁对象是一样的才能保证线程安全
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Demo d = new Demo();
//线程对象 1
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//同步代码块
synchronized (d) {
d.method1();
}
}
}).start();
//线程对象 2
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//使用的同步方法
d.method2();
}
}).start();
}
}
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,更加面向对象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
如果锁对象没有被释放，则线程永远不会结束。子线程，不会结束，主线程也永远不会结束。下面我们使用lock锁来解决线程安全问题
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class MyThread implements Runnable {
//共享资源
private int ticket = 100;
//创建唯一对象
Lock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true) {
//加锁
lock.lock();
//票的数量小于1就停止卖票
if (ticket < 1) {
lock.unlock();
break;
}
//睡眠100毫秒，模拟收钱时间
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票" + ticket+"张票");
//每次卖票就减少票的数量
ticket--;
//释放锁
lock.unlock();
}
}
}
