多线程2（线程安全，线程同步，死锁，lock锁，等待唤醒机制）

怼烎@ 2022-01-05 13:21 349阅读 0赞

## 2.1      线程安全 ##

如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

*  我们通过一个案例，演示线程的安全问题：

电影院要卖票，我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “功夫熊猫3”，本次电影的座位共100个(本场电影只能卖100张票)。

我们来模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “功夫熊猫3”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)

需要窗口，采用线程对象来模拟；需要票，Runnable接口子类来模拟

测试类

1 /*
     2  * 多线程并发访问同一个数据资源
     3  * 3个线程,对一个票资源,出售
     4  */
     5 public class ThreadDemo {
     6     public static void main(String[] args) {
     7         //创建Runnable接口实现类对象
     8         Tickets t = new Tickets();
     9         //创建3个Thread类对象,传递Runnable接 口实现类
    10         Thread t0 = new Thread(t);
    11         Thread t1 = new Thread(t);
    12         Thread t2 = new Thread(t);
    13         
    14         t0.start();t1.start();t2.start();
    15         
    16     }
    17 }

模拟票

1 public class Ticket implements Runnable {
     2     //共100票
     3     int ticket = 100;
     4 
     5     @Override
     6     public void run() {
     7         //模拟卖票
     8         while(true){
     9             if (ticket > 0) {
    10                 //模拟选坐的操作
    11                 try {
    12                     Thread.sleep(1);
    13                 } catch (InterruptedException e) {
    14                     e.printStackTrace();
    15                 }
    16                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--);
    17             }
    18         }
    19     }

![1627830-20190313134423733-698772611.png][]

运行结果发现：上面程序出现了问题

*  票出现了重复的票
 *   错误的票 0、-1

其实，线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。

## 2.2      线程同步（线程安全处理Synchronized） ##

java中提供了线程同步机制，它能够解决上述的线程安全问题。

线程同步的方式有两种：

*  方式1：同步代码块
 *  方式2：同步方法

### 2.2.1      同步代码块 ###

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。**

使用同步代码块，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

1 /*
     2  *  通过线程休眠,出现安全问题
     3  *  解决安全问题,Java程序,提供技术,同步技术
     4  *  公式:
     5  *    synchronized(任意对象){
     6  *      线程要操作的共享数据
     7  *    }
     8  *    同步代码块
     9  */
    10 public class Tickets implements Runnable{
    11     
    12     //定义出售的票源
    13     private int ticket = 100;
    14     private Object obj = new Object();
    15     
    16     public void run(){
    17         while(true){
    18             //线程共享数据,保证安全,加入同步代码块
    19             synchronized(obj){
    20             //对票数判断,大于0,可以出售,变量--操作
    21                 if( ticket > 0){
    22                     try{
    23                        Thread.sleep(1);
    24                     }catch(Exception ex){}
    25                     finally {
    26                         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第 "+ticket--);
    27                     }
    28                     
    29                 }
    30             }
    31         }
    32     }
    33 }

当使用了同步代码块后，上述的线程的安全问题，解决了。

### 2.2.2      同步方法 ###

同步方法：在方法声明上加上synchronized

public synchronized void method(){
       可能会产生线程安全问题的代码
    }

**同步方法中的锁对象是 this**

使用同步方法，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

1 package cn.itcast.demo1;
     2 /*
     3  *  采用同步方法形式,解决线程的安全问题
     4  *  好处: 代码简洁
     5  *  将线程共享数据,和同步,抽取到一个方法中
     6  *  在方法的声明上,加入同步关键字
     7  *  
     8  *  问题:
     9  *    同步方法有锁吗,肯定有,同步方法中的对象锁,是本类对象引用 this
    10  *    如果方法是静态的呢,同步有锁吗,绝对不是this
    11  *    锁是本类自己.class 属性
    12  *    静态方法,同步锁,是本类类名.class属性
    13  */
    14 public class Tickets implements Runnable{
    15 
    16     //定义出售的票源
    17     private  int ticket = 100;
    18     
    19     public void run(){
    20         while(true){
    21             payTicket();
    22         }
    23     }
    24     
    25     public  synchronized void payTicket(){    
    26             if( ticket > 0){
    27                 try{
    28                    Thread.sleep(10);
    29                 }catch(Exception ex){}
    30                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第 "+ticket--);
    31             }
    32         
    33     }
    34 }

静态同步方法: 在方法声明上加上static synchronized

public static synchronized void method(){
    　　可能会产生线程安全问题的代码
    }

**静态同步方法中的锁对象是** **类名.class**

## 2.3      Lock接口 ##

查阅API，查阅Lock接口描述，`Lock` 实现提供了比使用 `synchronized` 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。

Lock接口中的常用方法

![1627830-20190313142201492-1019109832.png][]

Lock提供了一个更加面对对象的锁，在该锁中提供了更多的操作锁的功能。

我们使用Lock接口，以及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

1 import java.util.concurrent.locks.Lock;
     2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
     3 
     4 /*
     5  *  使用JDK1.5 的接口Lock,替换同步代码块,实现线程的安全性
     6  *  Lock接口方法:
     7  *     lock() 获取锁
     8  *     unlock()释放锁
     9  *  实现类ReentrantLock
    10  */
    11 public class Tickets implements Runnable{
    12     
    13     //定义出售的票源
    14     private int ticket = 100;
    15     //在类的成员位置,创建Lock接口的实现类对象
    16     private Lock lock = new ReentrantLock();
    17     
    18     public void run(){
    19         while(true){
    20             //调用Lock接口方法lock获取锁
    21             lock.lock();
    22             //对票数判断,大于0,可以出售,变量--操作
    23                 if( ticket > 0){
    24                     try{
    25                        Thread.sleep(10);
    26                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第 "+ticket--);
    27                     }catch(Exception ex){
    28                         
    29                     }finally{
    30                         //释放锁,调用Lock接口方法unlock
    31                         lock.unlock();
    32                     }
    33                 }
    34     
    35             
    36         }
    37     }
    38 }

## 2.4      死锁 ##

同步锁使用的弊端：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。这种情况能避免就避免掉。

synchronzied(A锁){
        synchronized(B锁){
             
        }
    }

我们进行下死锁情况的代码演示：

定义锁a对象类

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

定义锁b对象类

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

线程任务类

1 public class DeadLock implements Runnable{
     2     private int i = 0;
     3     public void run(){
     4         while(true){
     5             if(i%2==0){
     6                 //先进入A同步,再进入B同步
     7                 synchronized(LockA.locka){
     8                     System.out.println("if...locka");
     9                     synchronized(LockB.lockb){
    10                         System.out.println("if...lockb");
    11                     }
    12                 }
    13             }else{
    14                 //先进入B同步,再进入A同步
    15                 synchronized(LockB.lockb){
    16                     System.out.println("else...lockb");
    17                     synchronized(LockA.locka){
    18                         System.out.println("else...locka");
    19                     }
    20                 }
    21             }
    22             i++;
    23         }
    24     }
    25 }

测试类

1 public class DeadLockDemo {
    2     public static void main(String[] args) {
    3         DeadLock dead = new DeadLock();
    4         Thread t0 = new Thread(dead);
    5         Thread t1 = new Thread(dead);
    6         t0.start();
    7         t1.start();
    8     }
    9 }

## 2.5     等待唤醒机制 ##

在开始讲解等待唤醒机制之前，有必要搞清一个概念——线程之间的通信：多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。

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。
 *  notifyAll（）： 唤醒全部：可以将线程池中的所有wait() 线程都唤醒。

其实，所谓唤醒的意思就是让 线程池中的线程具备执行资格。必须注意的是，这些方法都是在 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。

仔细查看JavaAPI之后，发现这些方法 并不定义在 Thread中，也没定义在Runnable接口中，却被定义在了Object类中，为什么这些操作线程的方法定义在Object类中？

因为这些方法在使用时，必须要标明所属的锁，而锁又可以是任意对象。能被任意对象调用的方法一定定义在Object类中。

![1627830-20190313150321199-1260551989.png][]

接下里，我们先从一个简单的示例入手:

![1627830-20190313153452035-181350907.png][]

如上图说示，输入线程向Resource中输入name ,sex , 输出线程从资源中输出，先要完成的任务是：

1.  当input发现Resource中没有数据时，开始输入，输入完成后，叫output来输出。如果发现有数据，就wait();
2.  当output发现Resource中没有数据时，就wait() ；当发现有数据时，就输出，然后，叫醒input来输入数据。

下面代码，模拟等待唤醒机制的实现：

模拟资源类

1 /*
     2  *  定义资源类,有2个成员变量
     3  *  name,sex
     4  *  同时有2个线程,对资源中的变量操作
     5  *  1个对name,age赋值
     6  *  2个对name,age做变量的输出打印
     7  */
     8 public class Resource {
     9     public String name;
    10     public String sex;
    11     public boolean flag = false;
    12 }

输入类

/*
     *  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 = "张三";
                        r.sex = "男";
                    }else{
                        r.name = "lisi";
                        r.sex = "nv";
                    }
                    //将对方线程唤醒,标记改为true
                    r.flag = true;
                    r.notify();
              }
                i++;
            }
        }
    
    }

输出类

1 /*
     2  *  输出线程,对资源对象Resource中成员变量,输出值
     3  */
     4 public class Output implements Runnable {
     5     private Resource r ;
     6     
     7     public Output(Resource r){
     8         this.r = r;
     9     }
    10     public void run() {
    11         while(true){
    12           synchronized(r){    
    13               //判断标记,是false,等待
    14             if(!r.flag){
    15                 try{r.wait();}catch(Exception ex){}
    16             }
    17             System.out.println(r.name+".."+r.sex);
    18             //标记改成false,唤醒对方线程
    19             r.flag = false;
    20             r.notify();
    21           }
    22         }
    23     }
    24 
    25 }

测试类

/*
     *  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();
        }
    }

--------------------

#  总结 #

*  同步锁

多个线程想保证线程安全，必须要使用同一个锁对象

①同步代码块

1 synchronized (锁对象)\{ 2  可能产生线程安全问题的代码 3 \}

**同步代码块的锁对象可以是任意的对象**

②同步方法

1  public synchronized void method()
    2         可能产生线程安全问题的代码
    3 }

**同步方法中的锁对象是 this**

*  静态同步方法

1 public synchronized void method()
    2      可能产生线程安全问题的代码
    3 }

**　　静态同步方法中的锁对象是** **类名.class**

l  多线程有几种实现方案，分别是哪几种?

1.  继承Thread类
2.  实现Runnable接口
3.  通过线程池，实现Callable接口

l  同步有几种方式，分别是什么?

1.  同步代码块
2.  同步方法、
3.  静态同步方法

l  启动一个线程是run()还是start()?它们的区别?

启动一个线程是start()

区别：

start： 启动线程，并调用线程中的run()方法

run  : 执行该线程对象要执行的任务

l  sleep()和wait()方法的区别

sleep: 不释放锁对象, 释放CPU使用权

在休眠的时间内，不能唤醒

wait(): 释放锁对象, 释放CPU使用权

在等待的时间内，能唤醒

l  为什么wait(),notify(),notifyAll()等方法都定义在Object类中

锁对象可以是任意类型的对象

转载于:https://www.cnblogs.com/zoick/p/10523761.html

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[1627830-20190313150321199-1260551989.png]: /images/20211229/e6aee963d6ad4686b46270a1296f5e9d.png
[1627830-20190313153452035-181350907.png]: /images/20211229/d16fa3ea446e4501b600cb1d27af9b1e.png