Java多线程----线程的同步，锁和死锁，问题以及解决方法（例子说明）

墨蓝 2022-05-09 08:24 164阅读 0赞

**一、线程并发同步概念**

线程同步其核心就在于一个“同”。所谓“同”就是协同、协助、配合，“同步”就是协同步调昨，也就是按照预定的先后顺序进行运行，即“你先，我等， 你做完，我再做”。

线程同步，就是当线程发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不会返回，其他线程也不能调用该方法。

就一般而言，我们在说同步、异步的时候，特指那些需要其他组件来配合或者需要一定时间来完成的任务。在多线程编程里面，一些较为敏感的数据时不允许被多个线程同时访问的，使用线程同步技术，确保数据在任何时刻最多只有一个线程访问，保证数据的完整性。

**二、线程同步中可能存在安全隐患**

用生活中的场景来举例：小生去银行开个银行账户，银行给 me 一张银行卡和一张存折，小生用银行卡和存折来搞事情：

银行卡疯狂存钱，存完一次就看一下余额；同时用存折子不停地取钱，取一次钱就看一下余额；

具体代码实现如下：

先弄一个银行账户对象，封装了存取插钱的方法：

package com.test.threadDemo2;
    
    /**
     * 银行账户
     * @author Administrator
     *
     */
    public class Acount {
        private int count=0;
        
        /**
         * 存钱
         * @param money
         */
        public void addAcount(String name,int money) {
            // 存钱
            count += money;
            System.out.println(name+"..存入："+money+"..."+Thread.currentThread().getName());
            SelectAcount(name);
        }
        
        /**
         * 取钱
         * @param money
         */
        public void subAcount(String name,int money) {
            // 先判断账户现在的余额是否够取钱金额
            if(count-money < 0){  
                System.out.println("账户余额不足！"); 
                return;  
            } 
            // 取钱
            count -= money;
            System.out.println(name+"...取出："+money+"..."+Thread.currentThread().getName())
            SelectAcount(name);
        }
        
        /**
         * 查询余额
         */
        public void SelectAcount(String name) {
            System.out.println(name+"...余额："+count);
        }
    }

编写银行卡对象：

package com.test.threadDemo2;
    /**
     * 银行卡负责存钱
     * @author Administrator
     *
     */
    public class Card implements Runnable{
        private String name;
        private Account account = new Account();
        
        public Card(String name,Account account) {
            this.account = account;
            this.name = name;
        }
        
        @Override
        public void run() {
            
            while(true) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                account.addAccount(name,100);26         }
        }
        
    }

主方法测试，演示银行卡疯狂存钱，存折疯狂取钱：

package com.test.threadDemo2;
    /**
     * 存折负责取钱
     * @author Administrator
     *
     */
    public class Paper implements Runnable{
        private String name;
        private Account account = new Account();
        
        public Paper(String name,Account account) {
            this.account = account;
            this.name = name;
        }
        
        @Override
        public void run() {
            while(true) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                account.subAccount(name,50);
            }
            
        }
    
    }

结果显示：从中可以看出 bug

![1070942-20171118141909156-998378180.png][]

从上面的例子里就可以看出，银行卡存钱和存折取钱的过程中使用了 sleep() 方法，这只不过是小生模拟“系统卡顿”现象：银行卡存钱之后，还没来得及查余额，存折就在取钱，刚取完钱，银行卡这边“卡顿”又好了，查询一下余额，发现钱存的数量不对！当然还有“卡顿”时间比较长，存折在卡顿的过程中，把钱全取了，等银行卡这边“卡顿”好了，一查发现钱全没了的情况可能。

因此多个线程一起访问共享的数据的时候，就会可能出现数据不同步的问题，本来一个存钱的时候不允许别人打断我（当然实际中可以存在刚存就被取了，有交易记录在，无论怎么动这个帐号，都是自己的银行卡和存折在动钱。小生这个例子里，要求的是存钱和查钱是一个完整过程，不可以拆分开），但从结果来看，并没有实现小生想要出现的效果，这破坏了线程“原子性”。

**三、线程同步中可能存在安全隐患的解决方法**

从上面的例子中可以看出线程同步中存在安全隐患，我们必须不能忽略，所以要引入“锁”（术语叫监听器）的概念：

**3.1 同步代码块：**

使用 synchronized() 对需要完整执行的语句进行“包裹”，synchronized(Obj obj) 构造方法里是可以传入任何类的对象，

但是既然是监听器就传一个唯一的对象来保证“锁”的唯一性，因此一般使用共享资源的对象来作为 obj 传入 synchronized(Obj obj) 里：

只需要锁 Account 类中的存钱取钱方法就行了：

package com.test.threadDemo2;
    
    /**
     * 银行账户
     * @author Administrator
     *
     */
    public class Acount {
        private int count=0;
        
        /**
         * 存钱
         * @param money
         */
        public void addAcount(String name,int money) {
            synchronized(this) {
                // 存钱
                count += money;
                System.out.println(name+"...存入："+money+"..."+Thread.currentThread().getName());
                SelectAcount(name);
            }
        }
        
        /**
         * 取钱
         * @param money
         */
        public void subAcount(String name,int money) {
            synchronized(this) {
                // 先判断账户现在的余额是否够取钱金额
                if(count-money < 0){  
                    System.out.println("账户余额不足！"); 
                    return;  
                } 
                // 取钱
                count -= money;
                System.out.println(name+"...取出："+money+"..."+Thread.currentThread().getName());
                SelectAcount(name);
            }
        }
        
        /**
         * 查询余额
         */
        public void SelectAcount(String name) {
            System.out.println(name+"...余额："+count);
        }
    }

**3.2 同步方法**

者在方法的申明里申明 synchronized 即可：

package com.test.threadDemo2;
    /**
     * 银行账户
     * @author Administrator
     *
     */
    public class Acount {
        private int count;
        
        /**
         * 存钱
         * @param money
         */
        public synchronized void addAcount(String name,int money) {
                // 存钱
                count += money;
                System.out.println(name+"...存入："+money);
        }
        
        /**
         * 取钱
         * @param money
         */
        public synchronized void subAcount(String name,int money) {
                // 先判断账户现在的余额是否够取钱金额
                if(count-money < 0){  
                    System.out.println("账户余额不足！");  
                    return;  
                } 
                // 取钱
                count -= money;
                System.out.println(name+"...取出："+money);
        }
        
        /**
         * 查询余额
         */
        public void SelectAcount(String name) {
            System.out.println(name+"...余额："+count);
        }
    }

运行效果：

![1070942-20171118150448484-1028638330.png][]

**3.3 使用同步锁：**

account 类创建私有的 ReetrantLock 对象，调用 lock() 方法，同步执行体执行完毕之后，需要用 unlock() 释放锁。

package com.test.threadDemo2;
    
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    /**
     * 银行账户
     * @author Administrator
     *
     */
    public class Acount {
        private int count;
        private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        
        /**
         * 存钱
         * @param money
         */
        public void addAcount(String name,int money) {
            lock.lock();
            try{
                // 存钱
                count += money;
                System.out.println(name+"...存入："+money);
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
        
        /**
         * 取钱
         * @param money
         */
        public void subAcount(String name,int money) {
            lock.lock();
            try{
                // 先判断账户现在的余额是否够取钱金额
                if(count-money < 0){  
                    System.out.println("账户余额不足！");  
                    return;  
                } 
                // 取钱
                count -= money;
                System.out.println(name+"...取出："+money);
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
        
        /**
         * 查询余额
         */
        public void SelectAcount(String name) {
            System.out.println(name+"...余额："+count);
        }
    }

运行效果：

![1070942-20171118154812656-961020007.png][]

** 四、死锁**

当线程需要同时持有多个锁时，有可能产生死锁。考虑如下情形：

线程 A 当前持有互斥所锁 lock1，线程 B 当前持有互斥锁 lock2。

接下来，当线程 A 仍然持有 lock1 时，它试图获取 lock2，因为线程 B 正持有 lock2，因此线程 A 会阻塞等待线程 B 对 lock2 的释放。

如果此时线程 B 在持有 lock2 的时候，也在试图获取 lock1，因为线程 A 正持有 lock1，因此线程 B 会阻塞等待 A 对 lock1 的释放。

二者都在等待对方所持有锁的释放，而二者却又都没释放自己所持有的锁，这时二者便会一直阻塞下去。这种情形称为死锁。

package com.testDeadLockDemo;
    
    public class LockA {
        
        private LockA(){}
        
        public static final LockA lockA = new LockA();
    }

package com.testDeadLockDemo;
    
    public class LockB {
        private LockB(){}
        
        public static final LockB lockB = new LockB();
    }

package com.testDeadLockDemo;
    
    public class DeadLock implements Runnable{
        private int i=0;
        
        @Override
        public void run() {
            while(true) {
                if(i%2==0){
                    synchronized(LockA.lockA) {
                        System.out.println("if...lockA");
                        synchronized(LockB.lockB) {
                            System.out.println("if...lockB");
                        }
                    }
                }else {
                    synchronized(LockB.lockB) {
                        System.out.println("else...lockB");
                        synchronized(LockA.lockA) {
                            System.out.println("else...lockA");
                        }
                    }
                }
                i++;
            }
            
        }
    }

测试：

package com.testDeadLockDemo;
    
    public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            DeadLock deadLock = new DeadLock();
            
            Thread t1 = new Thread(deadLock);
            Thread t2 = new Thread(deadLock);
            t1.start();
            t2.start();
            
        }
    }

运行结果：

![1070942-20171118162849374-2094885465.png][]

** 五、线程通信**

在共享资源中增加镖旗，当镖旗为真的时候才可以存钱，存完了就把镖旗设置成假，当取款的时候发现镖旗为假的时候，可以取款，取完款就把镖旗设置为真。

只需修改 Account 类 和 测试类 即可

package com.test.threadDemo2;
    
    /**
     * 银行账户
     * @author Administrator
     *
     */
    public class Acount {
        private boolean flag=false;    // 默认flag 为false，要求必须先存款再取款
        private int count=0;
        
        /**
         * 存钱
         * @param money
         */
        public void addAcount(String name,int money) {
            synchronized(this) {
                // flag 为true 表示可以存款，否则不可以存款
                if(flag) {
                    try {
                        this.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }else {
                    // 存钱
                    count += money;
                    System.out.println(name+"...存入："+money+"..."+Thread.currentThread().getName());
                    SelectAcount(name);
                    flag = true;
                    this.notifyAll();
                }
            }
        }
        
        /**
         * 取钱
         * @param money
         */
        public void subAcount(String name,int money) {
            synchronized(this) {
                if(!flag) {
                    try {
                        this.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }else {
                // 先判断账户现在的余额是否够取钱金额
                if(count-money < 0){  
                    System.out.println("账户余额不足！"); 
                    return;  
                } 
                    // 取钱
                    count -= money;
                    System.out.println(name+"...取出："+money+"..."+Thread.currentThread().getName());
                    SelectAcount(name);
                    flag = false;
                    this.notifyAll();
                }
            }
        }
        
        /**
         * 查询余额
         */
        public void SelectAcount(String name) {
            System.out.println(name+"...余额："+count);
        }
    }

package com.test.threadDemo2;
    
    public class ThreadDemo2 {
        public static void main(String[] args) {
            
            // 开个银行帐号
            Acount acount = new Acount();
            
            // 开银行帐号之后银行给张银行卡
            Card card1 = new Card("card1",acount);
            Card card2 = new Card("card2",acount);
            Card card3 = new Card("card3",acount);
            
            // 开银行帐号之后银行给张存折
            Paper paper1 = new Paper("paper1",acount);
            Paper paper2 = new Paper("paper2",acount);
            
            // 创建三个银行卡
            Thread thread1 = new Thread(card1,"card1");
            Thread thread2 = new Thread(card2,"card2");
            Thread thread3 = new Thread(card3,"card3");
            // 创建两个存折
            Thread thread4 = new Thread(paper1,"paper1");
            Thread thread5 = new Thread(paper2,"paper2");
            
            thread1.start();
            thread2.start();
            thread3.start();
            
            thread4.start();
            thread5.start();
        }
    }

运行结果：

![1070942-20171118205920484-1071182232.png][]

使用同步锁也可以达到相同的目的：

package com.test.threadDemo2;
    
    import java.util.concurrent.locks.Condition;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    /**
     * 银行账户
     * @author Administrator
     *
     */
    public class Acount2 {
        private boolean flag=false;    // 默认flag 为false，要求必须先存款再取款
        private int count=0;
        private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        private final Condition condition = lock.newCondition();
        
        /**
         * 存钱
         * @param money
         */
        public void addAcount(String name,int money) {
            lock.lock();
            try {
                // flag 为true 表示可以存款，否则不可以存款
                if(flag) {
                    try {
                        condition.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }else {
                    // 存钱
                    count += money;
                    System.out.println(name+"...存入："+money+"..."+Thread.currentThread().getName());
                    SelectAcount(name);
                    flag = true;
                    condition.signalAll();
                }
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
        
        /**
         * 取钱
         * @param money
         */
        public void subAcount(String name,int money) {
            lock.lock();
            try {
                if(!flag) {
                    try {
                        condition.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }else {
                // 先判断账户现在的余额是否够取钱金额
                if(count-money < 0){  
                    System.out.println("账户余额不足！"); 
                    return;  
                } 
                    // 取钱
                    count -= money;
                    System.out.println(name+"...取出："+money+"..."+Thread.currentThread().getName());
                    SelectAcount(name);
                    flag = false;
                    condition.signalAll();
                }
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
        
        /**
         * 查询余额
         */
        public void SelectAcount(String name) {
            System.out.println(name+"...余额："+count);
        }
    }

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