多线程03——线程同步

多线程03——线程同步

多个线程操作同一个资源

并发

  • 并发：同一个对象被多个线程同时操作

image-20220329204903239

线程同步

  • 现实生活中,我们会遇到”同一个资源,多个人都想使用”的问题，比如，食堂排队打饭,每个人都想吃饭,最天然的解决办法就是,排队.一个个来.

image-20220329205223516

  • 处理多线程问题时,多个线程访问同-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

队列和锁

线程同步形成条件：队列+锁

例子：排队上厕所

  • 由于同一进程的多个线程共享同-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;（损失性能）
    • 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.

三大不安全案例

不安全的买票

package com.hao.syn;

//不安全的买票
//线程不安全，有负数
public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();
        new Thread(station,"小欣宇").start();
        new Thread(station,"小蜜蜂").start();
        new Thread(station,"小壮壮").start();
    }
}
class BuyTicket implements Runnable{

    //票
    private int ticketNums=10;
    boolean flag = true ; //外部停止方式
    @Override
    public void run() {
        //买票
        while(flag){
            buy();
        }
    }
    private void buy(){
        //判断是否有票
        if(ticketNums<=0){
            flag=false;
            return;
        }
        //模拟延时
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
    }
}

image-20220329210948717

出现了并不期望的-1，不安全的案例

每个线程在自己的工作内存交互，

image-20220329211548971

不安全的取钱

package com.hao.syn;

// 不安全的取钱
// 两个人去银行取钱
public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        //账户
        Acount account = new Acount(100,"结婚基金");
        Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
        Drawing girlfriend= new Drawing(account,100,"girlfriend");

        you.start();
        girlfriend.start();
    }
}
//账户
class Acount{
    int money;
    String name;

    public Acount(int money, String name) {
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}

//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{
    Acount acount;
    //取了多少钱
    int drawingMoney;
    //现在手里有多少钱
    int nowMoney;

    public Drawing(Acount acount,int drawingMoney,String name){
        super(name);
        this.acount=acount;
        this.drawingMoney=drawingMoney;
    }
    //取钱
    @Override
    public void run() {
        //判断有没有钱
        if (acount.money-drawingMoney<0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够了，取不了");
            return;
        }
        //sleep可以放大问题的发生性
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //卡内余额=余额-你取的钱
        acount.money=acount.money-drawingMoney;
        //你手里的钱
        nowMoney=nowMoney+drawingMoney;

        System.out.println(acount.name+"余额为："+acount.money);
        //Thread.currentThread().getName=this.getName()
        System.out.println(this.getName()+"手里的钱："+nowMoney);
    }
}

image-20220329213728652

不安全的数组

在list中添加1000个元素

package com.hao.syn;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList<>();
        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());
    }
}

image-20220329214330909

发现元素数小于10000，是因为可能两个线程同时传入同一个元素位，共同占用了一个位置，导致元素数小于10000

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"对象"的访问,每个对象对应-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会影响效率

同步方法弊端

image-20220330201208295

  • 只读的大家都可以同时访问，没有进行上锁的必要
  • 方法里面需要修改的内容才需要锁，锁的太多了，浪费资源

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【反射中讲解】

  • 同步监视器的执行过程

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

    对“不安全的买票”案例进行修改

     // 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;
        }
        //模拟延时
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
    }

image-20220330202102568

对“不安全的取钱”案例进行修改

类似的进行修改在run方法前加入synchronized，对方法进行上锁

//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{
    Acount acount;
    //取了多少钱
    int drawingMoney;
    //现在手里有多少钱
    int nowMoney;

    public Drawing(Acount acount,int drawingMoney,String name){
        super(name);
        this.acount=acount;
        this.drawingMoney=drawingMoney;
    }
    //取钱
    @Override
    public synchronized void  run() {
        //判断有没有钱
        if (acount.money-drawingMoney<0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够了，取不了");
            return;
        }
        //sleep可以放大问题的发生性
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //卡内余额=余额-你取的钱
        acount.money=acount.money-drawingMoney;
        //你手里的钱
        nowMoney=nowMoney+drawingMoney;

        System.out.println(acount.name+"余额为："+acount.money);
        //Thread.currentThread().getName=this.getName()
        System.out.println(this.getName()+"手里的钱："+nowMoney);
    }

image-20220330202612777

我们发现结果依然不对，这是因为run方法默认锁的对象是this，而这里的this指代的是银行，而不是取钱的账户，此时需要一个synchronized同步块

 //取钱
    @Override
    public synchronized void  run() {
        //同步块
        synchronized(acount){
            //判断有没有钱
            if (acount.money-drawingMoney<0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够了，取不了");
                return;
            }
            //sleep可以放大问题的发生性
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //卡内余额=余额-你取的钱
            acount.money=acount.money-drawingMoney;
            //你手里的钱
            nowMoney=nowMoney+drawingMoney;

            System.out.println(acount.name+"余额为："+acount.money);
            //Thread.currentThread().getName=this.getName()
            System.out.println(this.getName()+"手里的钱："+nowMoney);
        }

    }

采用synchronized(acount){原先run方法的内容}

image-20220330203208209

我们run方法里，增删改的一直都是银行卡account,对银行并没有进行操作，锁的对象一定是变化的量，需要增删改的对象

对“不安全的数组”案例进行修改

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList<>();

        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                synchronized (list){
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

在for循环中，在对thread线程进行run方法对list进行修改时在添加下一个元素前及时的将list锁起来，使线程安全

image-20220330204018292

补充：采用JUC包安全类型集合也可以实现相应的功能

package com.hao.syn;

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
//java.util 是一个并发编程包
//测试JUC安全类型的集合
public class TestJUC {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList list = new CopyOnWriteArrayList();
        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());
    }
}

image-20220330204713436

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.

举例：

两个女孩，一个叫小蜜蜂，一个叫小欣宇，她们在一块化妆，一个选择先涂口红再镜子，一个选择先照镜子再涂口红，我们写代码看运行结果

package com.hao.syn;

//死锁，多个线程互相抱着对方需要的资源，然后形成僵持

public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup g1 = new Makeup(0,"小蜜蜂");
        Makeup g2 = new Makeup(1,"小欣宇");
        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 girlName;//使用化妆品的人
    Makeup(int choice,String girlName){
        this.choice=choice;
        this.girlName=girlName;
    }
    @Override
    public void run() {
       //化妆
        try {
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    //化妆，互相持有对方的锁，就是需要拿到对方的资源
    private void makeup() throws InterruptedException {
        if (choice==0){
            synchronized (lipstick){
                //获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
                Thread.sleep(1000);
                synchronized (mirror){
                    //一秒钟后想获得镜子
                    System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
                }
            }
        }else{
            synchronized (mirror){
            //获得口红的锁
            System.out.println(this.girlName+"获得镜子的锁");
            Thread.sleep(2000);
            synchronized (lipstick){
                //一秒钟后想获得镜子
                System.out.println(this.girlName+"获得口红的锁");
            }
        }

        }
    }

}

image-20220330211537800

在两个人分别获得一件物品的锁后，在获得第二件物品时，由于第二件物品的锁已被对方持有，此时他们彼此僵持，导致程序卡死

修改方法，两个人不能抱对方的锁，将抱的另外一个锁移除，避免一条进程想获得两个资源的行为。

image-20220330211913067

image-20220330212026689

死锁避免方法

产生死锁的四个必要条件:

  1. 互斥条件: 一个资源每次只能被-一个进程使用。
  2. 请求与保持条件: -个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
  3. 不剥夺条件:进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
  4. 循环等待条件:若干进程之间形成-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或多个条件就可以避免死锁发生

Lock(锁)

  • 从JDK 5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制一通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当
  • java.til.concurrnt.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一一个线程对ock对象加锁,线程开始访问共享资源之前应先获得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, 可以显式加锁、释放锁。

操作流程

image-20220330213855568

买票的例子

package com.hao.gaoji;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

//测试Lock锁
public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 testLock2 = new TestLock2();
        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
    }
}
class TestLock2 implements Runnable{

    int ticketnums=10;
    //定义lock锁
   private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try{
                lock.lock();//加锁
                if(ticketnums>0){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(ticketnums--);
                }else{
                    break;
                }
            }finally {
                //解锁
                lock.unlock();
            }

        }
    }
}

image-20220330213812945

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将花费较少的时间来调度线程(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)
JavaSEjava

相关

JavaWeb的三大作用域

java中常用数组copy方法

6.Java方法

Java web开发：从零到 Run 一个现有的 Spring Boot 前后端分离项目（前端Vue）

javascript基础知识(29) 实现继承的方式

java 正则表达式

JAVA List<Object[]>取值问题

初次接触Java感受

99乘法表 java for循环

基于java.net.socket包的对象传递

Idea Java项目文件夹后面提示百分数怎么去掉

Java8新特性

标签