Java多线程（九）线程同步和锁

秒速五厘米 2022-10-23 04:55 226阅读 0赞

## 前言 ##

前面的文章介绍了并发的情况下会有数据错误的现象出现。

*  并发：同一个对象被多个线程同时操作，也就是不同线程同时操作同一个资源地址，造成数据紊乱。
 *  同步：多个需要同时访问资源的线程进入对象的等待池，等待前面线程使用完毕。
 *  锁：每个对象都有把锁，当获取对象时，独占资源，其他线程必须等待，使用结束后才释放
    
     *  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，会导致优先级倒置，引起性能问题

### 一、同步方法 ###

首先得介绍一下 **synchronized** 关键字。

public synchronized void method(int args){ }

*  synchronized：
    
     *  默认锁的是他自身的对象。
     *  要是跨对象，通常使用同步块。
     *  即锁共享资源所在的对象。
 *  代码示例：

/** * 手机抢购案例 */
    public class PhoneSnapUp implements Runnable { 
    
        private Integer inventory = 10;//手机库存
        private boolean flag = true;
    
        public static void main(String[] args) { 
            PhoneSnapUp phoneSnapUp = new PhoneSnapUp();
            //模拟5人同时抢购，即同时开启5个线程
            new Thread(phoneSnapUp, "丁大大1号").start();
            new Thread(phoneSnapUp, "丁大大2号").start();
            new Thread(phoneSnapUp, "丁大大3号").start();
            new Thread(phoneSnapUp, "丁大大4号").start();
            new Thread(phoneSnapUp, "丁大大5号").start();
        }
    
        @Override
        public synchronized void run() { 
            while (flag){ 
                try { 
    // synchronized (this) { 
                        buy();
    // }
                } catch (Exception e) { 
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    
        //购票方法提出来
        private void buy() throws Exception { 
            //当库存为0时，抢购结束
            if (inventory <= 0) { 
                flag = false;
                return;
            }
            //模拟延迟，否则结果不容易看出来
            Thread.sleep(500);
            //每次抢购完，库存减1
            System.out.println("恭喜！！" + Thread.currentThread().getName() + "--抢到了一台小米12！库存还剩：" + --inventory + "台");
        }
    }

*  执行结果如下：![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgyOTQ0Mw_size_16_color_FFFFFF_t_70]
 *  总结：同步方法可以做到保证结果不会出错。
    
     *  但是因为是方法，一加上synchronized 整个方法内的所有内容就相当于被加上了锁，可能会引起效率问题，导致程序阻塞~
     *  所以一般我们都是使用同步代码块来实现加锁的操作。

### 二、同步代码块 ###

synchronized(Obj){ }

*  代码案例：其他代码和同步方法一致，不在重复粘贴，这里只介绍run方法里的代码。

@Override
        public void run() { 
            while (flag){ 
                try { 
                    synchronized (this) { 
                        buy();
                    }
                } catch (Exception e) { 
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

*  执行结果：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgyOTQ0Mw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]
 *  总结：
    
     *  结果和同步方法是一致的，证明两种方法都可以保证结果的准确性。
     *  同步代码块是指定锁住固定的东西，在方法里其他的内容不受影响。
     *  **举个粗暴的例子，你拉屎去，同步方法相当于直接把厕所大门锁住，三个坑位你只使用了一个，典型的浪费资源。而同步代码块，你上了哪个坑位就锁住坑位的门，其他的人可以正常使用其他坑位，哈哈 形象~**
 *  注意点：
    
     *  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
 *  执行过程：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 ，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，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问

### 三、死锁 ###

上面一直在讲 **锁** ，那么如果两个线程同时拿到某一个共享资源时，都无法释放时，就会造成**死锁现象**。

*  简单粗暴的理解：
    
     *  两个资源 A和B
     *  丁一 拿着A资源的锁，执行完想继续拿资源B的锁
     *  丁二 拿着B资源的锁，执行完想继续拿资源A的锁
     *  两个人都没有执行完，也就是互相没有释放锁，两个人就会打起来，谁都执行不了
     *  导致死锁
 *  文字总是理解不清晰，跟着代码去走一圈肯定可以理解的：

/** * 模拟多线程死锁的情况 */
    public class Demo { 
        public static void main(String[] args) { 
            DeadLockThread deadLockThread = new DeadLockThread();
            new Thread(deadLockThread,"丁一+").start();
            new Thread(deadLockThread,"丁二+").start();
        }
    }
    
    class DeadLockThread implements Runnable { 
        A a = new A();
        B b = new B();
    
        @SneakyThrows
        @Override
        public void run() { 
            if (Thread.currentThread().getName().equals("丁一")){ 
                synchronized (this){ 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                    a.soutA();
                    Thread.sleep(2000);
                    b.soutB();
                }
            }else { 
                synchronized (this) { 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                    b.soutB();
                    Thread.sleep(2000);
                    a.soutA();
                }
            }
        }
    }
    
    
    class A { 
        public void soutA(){ 
            System.out.println("我是A");
        }
    }
    
    class B { 
        public void soutB(){ 
            System.out.println("我是B");
        }
    }

*  执行结果如下：  
    ![在这里插入图片描述][20210318161653119.png]
 *  总结：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使用
     *  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，在末使用完之前，不能强行剥夺
     *  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
 *  ***只要破除任意一个就能避免死锁***

### 四、Lock锁 ###

*  通过显示定义同步锁对象（Lock）来实现同步
 *  ReentrantLock类实现了Lock接口，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。
 *  代码案例：

/** * 使用Lock锁 */
    public class TestLock { 
    
        public static void main(String[] args) { 
            TestLock2 testLock = new TestLock2();
    
            new Thread(testLock, "A").start();
            new Thread(testLock, "B").start();
            new Thread(testLock, "C").start();
        }
    
    }
    
    class TestLock2 implements Runnable{ 
        int count = 1000;
    
        //定义lock锁
        private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    
        @Override
        public void run() { 
            try { 
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
            while(true)
            { 
                try { 
                    //进入加锁状态
                    lock.lock();
                    if(count > 0)
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" +count--);
                    else
                        break;
                }
                finally { 
                    //解锁
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }

*  执行结果：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgyOTQ0Mw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]
 *  总结：
    
     *  在不加锁的情况下，ABC可能会同时操作到count，导致数据紊乱
     *  在加了锁之后，ABC排队操作

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Java多线程扩展：[Java多线程学习汇总][Java]

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[Java]: https://blog.csdn.net/weixin_43829443/article/details/114359196