Java学习笔记 23 - 线程之多线程安全、死锁、同步机制

作者: 乘风破浪的姐姐 | 来源:发表于2018-08-13 10:58 被阅读0次

本文主要内容
1、多线程安全问题
2、等待唤醒机制

01线程安全

A:线程安全问题引发
多线程并发访问同一个数据资源时，线程休眠，会导致线程安全问题

/*
 * 3个线程,对一个票资源,出售
 */
public class ThreadDemo {
 public static void main(String[] args) {
 //创建Runnable接口实现类对象
 Tickets t = new Tickets();
 //创建3个Thread类对象,传递Runnable接口实现类
 Thread t0 = new Thread(t);
 Thread t1 = new Thread(t);
 Thread t2 = new Thread(t);
 
 t0.start();
 t1.start();
 t2.start();
 
 }
}

/*
 *  通过线程休眠,出现安全问题
 */
public class Tickets implements Runnable{

 //定义出售的票源
 private int ticket = 10;
 private Object obj = new Object();

 public void run(){
 while(true){

   //对票数判断,大于0,可以出售,变量--操作
     if( ticket > 0){
       try{
          Thread.sleep(10); //加了休眠让其他线程有执行机会
       }catch(Exception ex){}
       System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在售票 "+ticket--);
     }
 }
 }
}

输出结果：
窗口3正在售票10
窗口2正在售票9
窗口1正在售票8
窗口1正在售票7
窗口3正在售票7
窗口2正在售票6
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窗口2正在售票4
窗口3正在售票3
窗口2正在售票2
窗口1正在售票3
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窗口1正在售票0
窗口2正在售票-1
上面程序存在以下问题：
票出现了重复的票
错误的票 0、-1
这里由多个线程同时对变量执行写操作而引起的线程安全问题，解决该问题需要考虑线程同步。

B:同步代码块解决线程安全问题
通过线程休眠,导致的安全问题，解决方案：同步代码块
公式:
synchronized(任意对象){
线程要操作的共享数据
}

    /*
     * 3个线程,对一个票资源,出售
     */
    public class ThreadDemo {
     public static void main(String[] args) {
       //创建Runnable接口实现类对象
       Tickets t = new Tickets();
       //创建3个Thread类对象,传递Runnable接口实现类
       Thread t0 = new Thread(t);
       Thread t1 = new Thread(t);
       Thread t2 = new Thread(t);
       
       t0.start();
       t1.start();
       t2.start();
       
     }
    }
  
    public class Tickets implements Runnable{
     
     //定义出售的票源
     private int ticket = 100;
     private Object obj = new Object();
     
     public void run(){
       while(true){
         //线程共享数据,保证安全,加入同步代码块
         synchronized(obj){
         //对票数判断,大于0,可以出售,变量--操作
           if( ticket > 0){
             try{
                Thread.sleep(10);
             }catch(Exception ex){}
             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 正在售票 "+ticket--);
           }
         }
       }
     }
    }

输出结果：
窗口1正在售票10
窗口1正在售票9
窗口1正在售票8
窗口1正在售票7
窗口1正在售票6
窗口1正在售票5
窗口1正在售票4
窗口1正在售票3
窗口1正在售票2
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C:同步代码块的执行原理
同步代码块: 在代码块声明上加上synchronized
synchronized (锁对象) {
可能会产生线程安全问题的代码
}
同步代码块中的锁对象可以是任意的对象；但多个线程时，要使用同一个锁对象才能够保证线程安全。

D:同步方法的使用
同步方法是将线程共享数据、同步,抽取到一个方法中。在方法的声明上,加入同步关键字
同步普通方法和同步代码块一样，有锁且对象锁是本类对象的引用，即this
同步静态方法的对象锁是本类类名.class属性

 public class Tickets implements Runnable{

//定义出售的票源
private  int ticket = 100;

public void run(){
  while(true){
    payTicket();
  }
}

public  synchronized void payTicket(){  
    if( ticket > 0){
      try{
         Thread.sleep(10);
      }catch(Exception ex){}
      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 正在售票 "+ticket--);
    }
  
}
 }

输出结果：
窗口2正在售票10
窗口2正在售票9
窗口2正在售票8
窗口2正在售票7
窗口2正在售票6
窗口2正在售票5
窗口2正在售票4
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窗口2正在售票1

02 Lock接口

A:JDK1.5新特性Lock接口
Lock接口提供了比使用 synchronized 方法和语句更加面向对象的锁，在该锁中提供了更多的操作锁的功能。
Lock接口中的常用方法
void lock()
void unlock()
使用Lock接口,以及其中的lock()方法和unlock()方法可替代同步

B:Lock接口的使用

/*
 * 3个线程,对一个票资源,出售
 */
public class ThreadDemo {
  public static void main(String[] args) {
    //创建Runnable接口实现类对象
    Tickets t = new Tickets();
    //创建3个Thread类对象,传递Runnable接口实现类
    Thread t0 = new Thread(t);
    Thread t1 = new Thread(t);
    Thread t2 = new Thread(t);
    
    t0.start();
    t1.start();
    t2.start();
    
  }
}

public class Tickets implements Runnable{
  
  //定义出售的票源
  private int ticket = 100;
  //在类的成员位置,创建Lock接口的实现类对象
  private Lock lock = new ReentrantLock();
  
  public void run(){
    while(true){
      //调用Lock接口方法lock获取锁
        lock.lock();
      //对票数判断,大于0,可以出售,变量--操作
        if( ticket > 0){
          try{
             Thread.sleep(10);
             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 正在售票 "+ticket--);
          }catch(Exception ex){
            
          }finally{
            //释放锁,调用Lock接口方法unlock
            lock.unlock();
          }
        }
    }
  }
}

03线程的死锁

A:线程的死锁原理
当线程任务中出现了多个同步(多个锁) 时，如果同步中嵌套了其他的同步。这时容易引发一种现象：程序出现无限等待，这种现象我们称为死锁。
```
    synchronzied(A锁){
      synchronized(B锁){
                
      }
  }
```

B:线程的死锁代码实现

 public class DeadLock implements Runnable{
  private int i = 0;
  public void run(){
    while(true){
      if(i%2==0){
        //先进入A同步,再进入B同步
        synchronized(LockA.locka){
          System.out.println("if...locka");
          synchronized(LockB.lockb){
            System.out.println("if...lockb");
          }
        }
      }else{
        //先进入B同步,再进入A同步
        synchronized(LockB.lockb){
          System.out.println("else...lockb");
          synchronized(LockA.locka){
            System.out.println("else...locka");
          }
        }
      }
      i++;
    }
  }
 }

public class DeadLockDemo {
  public static void main(String[] args) {
    DeadLock dead = new DeadLock();
    Thread t0 = new Thread(dead);
    Thread t1 = new Thread(dead);
    t0.start();
    t1.start();
  }
}


public class LockA {
  private LockA(){}
  
  public  static final LockA locka = new LockA();
}


public class LockB {
  private LockB(){}
  
  public static final LockB lockb = new LockB();
}

04线程等待与唤醒

A:线程等待与唤醒
等待唤醒机制所涉及到的方法：
wait（） :等待，将正在执行的线程释放其执行资格和执行权，并存储到线程池中。
notify（）：唤醒，唤醒线程池中被wait（）的线程，一次唤醒一个，而且是任意的。唤醒：即让线程池中的线程具备执行资格
notifyAll（）：唤醒全部：可以将线程池中的所有wait() 线程都唤醒。
上述方法都是在同步中才有效。同时这些方法在使用时必须标明所属锁，这样才可以明确出这些方法操作的到底是哪个锁上的线程。

B:案例

/*
 *  定义资源类,有2个成员变量
 *  name,sex
 *  同时有2个线程,对资源中的变量操作
 *  1个对name,age赋值
 *  2个对name,age做变量的输出打印
 */
public class Resource {
public String name;
public String sex;
}


 /*
 *  输入的线程,对资源对象Resource中成员变量赋值
 *  一次赋值 张三,男
 *  下一次赋值 lisi,nv
 */
public class Input implements Runnable {
  private Resource r=new Resource();
 
  public void run() {
    int i=0;
    while(true){
      if(i%2==0){
         r.name="张三";
         r.sex="男";
       }else{
          r.name="lisi";
          r.sex="女";
        }
      i++;
    }
  }
}

/*
 *  输出线程,对资源对象Resource中成员变量,输出值
 */
public class Output implements Runnable {
  private Resource r=new Resource() ;
   
  public void run() {
    while(true){
       System.out.println(r.name+"..."+r.sex); 
      }
    }
}


/*
 *  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
 */
public class ThreadDemo{
  public static void main(String[] args) {
    
    Resource r = new Resource();
    
    Input in = new Input();
    Output out = new Output();
    
    Thread tin = new Thread(in);
    Thread tout = new Thread(out);
    
    tin.start();
    tout.start();
  }
}

以上程序运行后，输出结果中Resource对象会有很多Null值
null.....null
null.....null
null.....null
null.....null
null.....null
null.....null
null.....null
null.....null
null.....null
.....

解决上述Null值，线程等待与唤醒案例null值解决

    /*
    *  输入的线程,对资源对象Resource中成员变量赋值
    *  一次赋值 张三,男
    *  下一次赋值 lisi,nv
  */
   public class Input implements Runnable {
     private Resource r;
     public Input(Resource r){
       this.r=r;
     }
    
     public void run() {
       int i=0;
       while(true){
         if(i%2==0){
            r.name="大王";
            r.sex="男";
          }else{
             r.name="王后"
             r.sex="女"
           }
         i++;
       }
     }
   }

   /*
    *  输出线程,对资源对象Resource中成员变量,输出值
    */ 
   public class Output implements Runnable {
     private Resource r;
     public Output(Resource r){
        this.r=r;
     } 
     public void run() {
       while(true){
          System.out.println(r.name+"..."+r.sex); 
         }
       }
     }

   }
   /*
    *  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
    */
   public class ThreadDemo{
     public static void main(String[] args) {
       
       Resource r = new Resource();
       
       Input in = new Input(r);
       Output out = new Output(r);
       
       Thread tin = new Thread(in);
       Thread tout = new Thread(out);
       
       tin.start();
       tout.start();
     }
   }

以上程序运行，打印输出的结果发现，会有交叉错乱
大王.....男
王后.....女
王后.....男
大王.....女
王后.....女
王后.....女
大王.....女
王后.....男
王后.....男
王后.....男
大王.....女
王后.....男
大王.....男
.....
解决方案：使用同步代码块

        /*
          *  输入的线程,对资源对象Resource中成员变量赋值
          *  一次赋值 张三,男
          *  下一次赋值 lisi,nv
        */
         public class Input implements Runnable {
           private Resource r;
           public Input(Resource r){
             this.r=r;
           }
          
           public void run() {
             int i=0;
             while(true){
              synchronized(r){
               if(i%2==0){
                   r.name="大王";
                   r.sex="男";
              }else{
                   r.name="王后"
                   r.sex="女"
                 }
               i++;
             }

           }
         }

         /*
          *  输出线程,对资源对象Resource中成员变量,输出值
          */ 
         public class Output implements Runnable {
           private Resource r;
           public Output(Resource r){
              this.r=r;
           } 
           public void run() {
             while(true){
                synchronized(r){
                 System.out.println(r.name+"..."+r.sex); 
                }
               }
             }
           }

         }
         /*
          *  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
          */
         public class ThreadDemo{
           public static void main(String[] args) {
             
             Resource r = new Resource();
             
             Input in = new Input(r);
             Output out = new Output(r);
             
             Thread tin = new Thread(in);
             Thread tout = new Thread(out);
             
             tin.start();
             tout.start();
           }
         }

以上程序运行，打印输出的结果发现，仍会有错乱

...男
大王.....男
大王.....男
大王.....男
大王.....男
大王.....男
大王.....男
大王.....男
......
解决方案：使用线程等待与唤醒
输入:赋值后,执行方法wait()永远等待
输出:变量值打印输出,在输出等待之前,唤醒
输入的notify(),自己在wait()永远等待
输入:被唤醒后,重新对变量赋值,赋值后,必须唤醒输出的线程notify(),自己的wait()

 /*
  *  定义资源类,有2个成员变量
  *  name,sex
  *  同时有2个线程,对资源中的变量操作
  *  1个对name,age赋值
  *  2个对name,age做变量的输出打印
  */
 public class Resource {
  public String name;
  public String sex;
  public boolean flag = false;
 }

 /*
  *  输入的线程,对资源对象Resource中成员变量赋值
  *  一次赋值 张三,男
  *  下一次赋值 lisi,nv
  */
 public class Input implements Runnable {
  private Resource r ;
  
  public Input(Resource r){
    this.r = r;
  }
  
  public void run() {
    int i = 0 ;
    while(true){
      synchronized(r){
        //标记是true,等待
          if(r.flag){
            try{r.wait();}catch(Exception ex){}
          }
        
        if(i%2==0){
            r.name="大王";
            r.sex="男";
          }else{
             r.name="王后"
             r.sex="女"
        }
        //将对方线程唤醒,标记改为true
        r.flag = true;
        r.notify();
      }
      i++;
    }
  }

 }
 
 /*
  *  输出线程,对资源对象Resource中成员变量,输出值
  */
 public class Output implements Runnable {
  private Resource r ;
  
  public Output(Resource r){
    this.r = r;
  }
  public void run() {
    while(true){
      synchronized(r){  
        //判断标记,是false,等待
      if(!r.flag){
        try{r.wait();}catch(Exception ex){}
        }
      System.out.println(r.name+".."+r.sex);
      //标记改成false,唤醒对方线程
      r.flag = false;
      r.notify();
      }
    }
  }

 }

 /*
  *  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
  */
 public class ThreadDemo{
  public static void main(String[] args) {
    
    Resource r = new Resource();
    
    Input in = new Input(r);
    Output out = new Output(r);
    
    Thread tin = new Thread(in);
    Thread tout = new Thread(out);
    
    tin.start();
    tout.start();
  }
 }

Java学习笔记 23 - 线程之多线程安全、死锁、同步机制

01线程安全

02 Lock接口

03线程的死锁

04线程等待与唤醒

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