2020-09-15 Java线程安全

一、线程安全简介

单线程程序不会产生线程安全问题。
多线程程序没有访问共享数据，也不会产生问题。
多线程程序访问共享数据，会产生线程安全问题。

三个窗口卖票Demo：

线程安全1.png
线程安全2.png

线程安全问题（出现了重复的票和不存在的票）产生原因：
假设t0、t1、t2都执行进if后立即失去话语权，这时再随机醒来，就会打出
“tx...正在卖第1张票”（此时ticket-- 即-0）循环结束
“ty...正在卖第0张票”（此时ticket-- 即-1）循环结束
“tz...正在卖第-1张票”（此时ticket-- 即-2）循环结束
假设t0、t1、t2都执行到输出语句时立即失去话语权，这时再随机醒来，就会打出卖出了相同的票。

二、线程同步

为了解决每个子线程都能正常进行原子操作的安全问题，Java提供了同步机制(synchronized)来解决。
有三种方式：
1.同步代码块；
2.同步方法；
3.锁机制。

2.1同步代码块（对某个区域中的资源实行互斥访问）

格式：

synchronized（同步锁）{
        //需要同步的代码
}

同步锁：在对象上标记了一个锁，可以使任意类型；多个线程对象要使用同一把锁。（注意：在任何时候，最多允许一个线程拥有同步锁，谁拿锁谁就进入代码块，其他线程只能等待BLOCKED）
如下图，只要把imp类如此修改即可解决上面安全问题：

线程安全3.png

原理：
三个线程一起抢夺CPU执行权，谁抢到了谁卖票。
1.t0抢到了执行run方法，遇到synchronized代码块，这时会检查synchronized同步代码块是否有锁对象；
发现有（因为是第一个执行），t0就会获得锁对象，进入执行。

2.t1抢到了执行run方法，遇到synchronized代码块，这时会检查synchronized同步代码块是否有锁对象；
发现没有，进入到阻塞状态，一直等待t0线程归还所对象。
一直到t0执行完同步中的代码，会归还锁对象给同步代码块，t1才能获得锁对象进入其中执行。

同步中的线程没有执行完毕不会释放锁，同步外的线程没有锁进不去同步。保证了安全，程序频繁的判断锁、获取锁、释放锁、程序效率会降低

2.2同步方法

格式：

puvlic synchronized void method（）{
        //需要同步的代码
}

此时的同步锁：对于非static方法，同步锁就是this；对于static方法，同步锁为当前方法所在类的字节码对象（类名.class）

线程安全4.png

2.3同步锁

JDK1.5之后提供了更强大的Lock锁（同步锁），可获得更广发的操作。
java.util.concurrent.locks.Lock接口：
public void lock():加锁
public void unlock():释放锁
使用：java.util.concurrent.locks.Lock.ReentrantLock
1.创建ReentrantLock对象
2.在可能出现安全问题的代码前调用 lock()；
3.在可能出现安全问题的代码后调用unlock()；（建议写在finally中）

线程安全5.png

下一章介绍线程的状态和等待唤醒机制