线程同步

线程同步和锁

初识高并发

并发：同一个对象被多个线程同时操作。

当多个线程同时操作同一个对象时，

火车票的案例：

public class TestThread4 implements Runnable{
    //票数
    private int ticketNums=100;
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (ticketNums <=0) {
                break;
            }
//            模拟延时
//            try {
//                Thread.sleep(100);
//            } catch (InterruptedException e) {
//                e.printStackTrace();
//            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->拿到了第"+ticketNums--+"票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread4 ticket=new TestThread4();
        new Thread(ticket,"小明").start();
        new Thread(ticket,"小红").start();
        new Thread(ticket,"黄牛党").start();
    }
}

发现问题：多个线程操作同一份资源的情况下，线程不安全，数据紊乱。

龟兔赛跑的案例：

public class Race implements Runnable{

    //胜利者
    private static String winner;

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
           //模拟兔子休息
//            if (Thread.currentThread().getName()=="兔子"&& i%10==0) {
//                try {
//                    Thread.sleep(5);
//                } catch (InterruptedException e) {
//                    e.printStackTrace();
//                }
//            }
            //判断比赛是是否结束
            boolean flag=gameOver(i);
            if (flag) {
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"跑了"+i+"步");
        }
    }
    //判断是否完成比赛
    private boolean gameOver(int steps){
        //判断是否有胜利者
        if(winner!=null){//已经存在胜利者了
            return true;
        }{
            if (steps>=100) {
                winner=Thread.currentThread().getName();
                System.out.println("Winner is "+winner);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
    public static void main(String[] args) {
        Race race=new Race();
        new Thread(race,"兔子").start();
        new Thread(race,"乌龟").start();
    }
}

线程同步

这是处理多线程时，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。

线程同步形成条件：队列+锁

由于同一进程的多个线程访问同一块存储空间，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，存在以下几个问题：
- 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，会导致优先级倒致，引起性能问题。
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
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，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或得这个锁，继续执行
- 缺陷：若将一个大的方法声明为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

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】

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
第二个线程访问时，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，发现同步监视器器没有锁，然后锁定并访问

public class UnsafeLIst {
    public static void main(String[] args) {
        List list =new ArrayList();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(()->{
                //线程不安全，线程同时添加数据到同一个位置，
                // 导致后面覆盖了上一个数据，最后统计时缺少了，所导致的线程不安全
                synchronized (list){
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }

            }).start();
        }
        //延时
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

死锁

多个线程各自占用一些共享资源，并且互相等待其他线程占有资源才能运行，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作用
请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能进行强行剥夺。

循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

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) {
            System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
        }
    } else {
        synchronized (mirror) {//获得镜子的锁
            System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
            Thread.sleep(2000);
        }
        synchronized (lipstick) {
            System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
        }
    }
}

Lock锁

从JDK5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现。同步锁使用Lock对象充当
java.util.concurrent.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，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象

ReentrantLock类（可重入锁）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ReetrantLock,可以显式加锁，释放锁。

//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{
    //定义lock锁
    private final ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
    int ticketNums=10;
    @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();
            }
        }
    }
}

synchronized与Lock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只有代码锁块，synchronized有代码块锁和方法锁
使用Lock锁，JVM讲花费更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，分配了相应的资源）>同步方法（在方法体之外）

JavaSE学习笔记

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线程同步和锁

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同步块

死锁

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