Java中关于线程安全的三种解决方式

Java中关于线程安全的三种解决方式

三个窗口卖票的例子解决线程安全问题

问题：买票过程中，出现了重票、错票-->出现了线程的安全问题

问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票

如何解决：当一个线程a在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来，知道线程a操作完ticket时，其他线程才可以开始操作ticket,这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变

在java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。(线程安全问题的前提：有共享数据)

方式一：同步代码块

synchronized(同步监视器){

//需要被同步的代码(或操作共享数据的代码)

}

说明：

1.操作共享数据的代nRWNDIz码，即为需要被同步的代码(不能包含代码多了(变成单线程会效率低，也有可能会出错)，也不能包含代码少了(没包的会阻塞))

2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据

3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。

要求：多个线程必须要共用同一把锁。(特别注意！！！！！)

补充：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用(具体问题具体分析)this充当同步监视器

class window1 implements Runnable{

private int ticket = 100;

// Object obj = new Object();

@Override

public void run() {

while (true){

synchronized (this) {//此时的this:唯一的Window1的对象

// synchronized(obj) {

if (ticket > 0) {

try {

Thread.sleep(100);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖票,票号为：" + ticket);

ticket--;

} else {

break;

}

}

}

}

}

public class WindowTest1 {

public static void main(String[] args) {

window1 w = new window1();//只造了一个对象，所以100张票共享

Thread t1 = new Thread(w);

Thread t2 = new Thread(w);

Thread t3 = new Thread(w);

t1.setName("线程1");

t2.setName("线程2");

t3.setName("线程3");

t1.start();

t2.start();

t3.start();

}

}

class Window extends Thread{

private static int ticket = 100;//三个窗口共享：声明为static

private static Object obj = new Object();

@Override

public void run() {

while(true) {

// synchronized (obj) {

synchronized (Window.class){//Class clazz = Window.class,Window.class只会加载一次

// synchronized (this) {//错误的方式：this代表着t1,t2,t3三个对象

if (ticket > 0) {

try {

Thread.sleep(100);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.println(getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);

ticket--;

} else {

break;

}

}

}

}

}

public class WindowTest {

public static void main(String[] args) {

Window t1 = new Window();

Window t2 = new Window();

Window t3 = new Window();

t1.setName("窗口1");

t2.setName("窗口2");

t3.setName("窗口3");

t1.start();

t2.start();

t3.start();

}

}

方式二：同步方法

如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。

4.同步的方式，解决了线程的安全问题。---->好处

操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。--->局限性

关于同步方法的总结：

1.同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。

2.非静态的同步方法，同步监视器是：this

静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身

class window3 implements Runnable{

private int ticket = 100;

@Override

public void run() {

while (true){

show();

}

}

public synchronized void show(){//同步监视器：this(未显示声明而已)

if (ticket > 0) {

try {

Thread.sleep(100);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖票,票号为：" + ticket);

ticket--;

}

}

}

public class WindowTest3 {

public static void main(String[] args) {

window3 w = new window3();

Thread t1 = new Thread(w);

Thread t2 = new Thread(w);

Thread t3 = new Thread(w);

t1.setName("线程1");

t2.setName("线程2");

t3.setName("线程3");

t1.start();

t2.start();

t3.start();

}

}

class Window4 extends Thread{

private static int ticket = 100;//三个窗口共享：声明为static

@Override

public void run() {

while(true){

show();

}

}

private static synchronized void show() {//同步监视器：Window4.class(类)

// private synchronized void show() {//同步监视器：t1,t2,t3。此种解决方式是错误的

if(ticket > 0){

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);

ticket--;

}

}

}

punRWNDIzblic class WindowTest4 {

public static void main(String[] args) {

Window4 t1 = new Window4();

Window4 t2 = new Window4();

Window4 t3 = new Window4();

t1.setName("窗口1");

t2.setName("窗口2");

t3.setName("窗口3");

t1.start();

t2.start();

t3.start();

}

}

方式三：Lock锁---JDK5.0新增

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，同步锁使用Lock对象充当。

java.util.concurrent.locks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。

class Window implements Runnable{

private int ticket = 100;

//1.实例化ReentrantLock

private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

@Override

public void run() {

while (true){

try{

//2.调用锁定方法：lock()

lock.lock();

if(ticket > 0){

try {

Thread.sleep(100);

}catch (InterruptedException e){

e.printStackTrace();

}

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售票，票号为：" + ticket);

ticket--;

}else{

break;

}

} finally{

//3.调用解锁方法：unlock();

lock.unlock();

}

}

}

}

public class LockTest {

public static void main(String[] args) {

Window w = new Window();

Thread t1 = new Thread(w);

Thread t2 = new Thread(w);

Thread t3 = new Thread(w);

t1.setName("窗口1");

t2.setName("窗口2");

t3.setName("窗口3");

t1.start();

t2.start();

t3.start();

}

}

线程的死锁问题

1.死锁的理解：不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己的需要

的同步资源，就形成了线程的死锁。

2.说明：

>出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续

>我们使用同步时，要避免出现死锁

3.解决方法

A.专门的算法、原则 B.尽量减少同步资源的定义 C.尽量避免嵌套同步

public class ThreadTest {

public static void main(String[] args) {

StringBuffer s1 = new StringBuffer();

StringBuffer s2 = new StringBuffer();

new Thread(){//匿名的方式继承

@Override

public void run() {

synchronized(s1){

s1.append("a");

s2.append("1");

try {

Thread.sleep(100);//增加死锁出现概率

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

synchronized (s2){

s1.append("b");

s2.append("2");

System.out.println(s1);

System.out.println(s2);

}

}

}

}.start();

new Thread(new Runnable(){//匿名的方式实现Runnable接口

@Override

public void run() {

synchronized (s2){

s1.append("c");

s2.append("3");

try {

Thread.sleep(100);//增加死锁出现概率

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

synchronized (s1){

s1.append("d");

s2.append("4");

System.out.println(s1);

System.out.println(s2);

}

}

}

}).start();

}

}

synchronized和Lock的对比

1.Lock是显示锁(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

2.Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁

3.使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的拓展性(提供更多的子类)

4.synchronized 与 Lock的异同？

相同：二者都可以解决线程安全问题

不同：synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器 Lock需要手动的启动同步(lock()),同时结束同步也需要手动的实现(unlock())

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)

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