Java多线程安全问题和锁

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2023-07-09 10:25 7阅读 0赞

## 多线程安全问题和锁 ##

### 文章目录 ###

*   *  多线程安全问题和锁
     *  线程在jvm中的特点
     *  锁的出现
     *  synchronized 关键字-监视器锁monitor lock
     *  死锁的产生和避免

**什么是线程安全问题？**  
当多个线程同时操作同一个数据时，可能会出现数据不一样的情况，这就是线程安全问题。  
线程安全机制用于保证多个线程访问数据时的一致性.  
**线程安全问题体现在三个方面：**  
1、原子性  
2、可见性  
3、有序性

**原子操作**是不可分割的,体现在两个方面: 一个线程对数据的操作对于其他的线程来说是原子的，要么操作完成,要么什么也没做;当一个线程在操作数据时,不允许其他的线程参与.

**可见性**是指线程对共享数据的访问是否对其他的线程可见. A线程对共享数据做了修改, B线程不一定能够立即读取到A线程修改后的数据。

**有序性**包含指令重排序与内存重排序指令重排序是指CPU执行指令的顺序与程序的顺序可能不一样; 内存重排序是指内存访问顺序与感知顺序可能不一样。

## 线程在jvm中的特点 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x6aF85OTk5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

1)每个线程都有独立的线程栈  
2)一个线程栈不能访问另外一个线程栈的内容  
3)所有的线程栈都可以访问堆中对象  
4)局部变星理解为存储在方法栈中,局部变量肯定不存在线程安全问题  
5)当多个线程同时访问同一个对象的实例变量,或者访问同一 个静态变量时才可能会出现线程安全问题  
6)线程安全问题不是肯定会发生的,有时可能会出现线程安全问题

**java抽象内存模型**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x6aF85OTk5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
1)每个线程都有自己独立的工作内存  
2)线程1无法访问线程2的工作内存  
3)线程在访问共享数据时,会把主内存中的共享变量复制到自己的工作内存中，线程操作的是工作内存中数据的副本

## 锁的出现 ##

多线程并发操作同一个数据可能会引发线程安全问题。  
多个线程串行操作某个数据就不会引发线程安全问题。

**锁就是把多个线程对数据的并发操作转换为串行操作。**

想要访问共享数据,必须**先获得锁对象**(锁就相当于一个访问许可证)。锁对象在某一时刻只能被一个线程持有，锁具有排它性。当线程访问完共享数据后,会自动释放锁对象。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x6aF85OTk5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
1)某个线程想要访问共享数据,必须先获得锁对象  
2)锁对象在某一时刻只能被一个线程持有当线程2获得了锁对象之后,如果还有其他线程想要访问共享数据,其他的线程也必须先获得锁对象现在锁对象被线程2持有其他的线程转为阻塞状态  
3)当线程2执行完临界区代码后,会释放锁对象阻塞队列中的线程会获得锁对象，访问共享数据  
4)注意: 多个线程想要实现同步访问,必须使用同一一个锁对象读数据时也需要进行同步，否则会出现脏读现象（另一个线程操作的中间值，还未更新）

## synchronized 关键字-监视器锁monitor lock ##

synchronized的**底层是使用操作系统的mutex lock**实现的。

**synchronized 关键字的使用**  
1、**同步代码块**  
1)可以定义一个常量作为锁对象  
2)只要是同一个锁对象，同步代码快可以在不同的方法体中也能同步  
2、**同步实例方法**  
直接使用synchronized修饰实例方法  
把整个方法体作为同步代码块，默认的锁对象就是this对象  
3、**同步静态方法**  
就是使用synchronized修饰静态方法  
把整个方法体作为同步代码块，默认的锁对象是 当前类的运行时类对象，简单的理解为把当前类的字节码文件作为锁

当线程释放锁时，JMM会把该线程对应的工作内存中的共享变量刷新到主内存中  
当线程获取锁时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。从而使得被监视器保护的临界区代码必须从主内 存中读取共享变量  
synchronized用的锁是存在Java对象里的

![在这里插入图片描述][20200228171031668.png]  
**锁的是SynchronizedDemo 对象**

/*
    锁的是SynchronizedDemo 对象
     */
    public class SynchronizedDemo {
        
        public synchronized void methond() {
        
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            SynchronizedDemo demo = new SynchronizedDemo();
            demo.methond(); // 进入方法会锁 demo 指向对象中的锁；出方法会释放 demo 指向的对象中的锁
        }
    }

**锁的 SynchronizedDemo 类的对象**

/*
    锁的是SynchronizedDemo 类的对象
     */
    public class SynchronizedDemo {
        
        public synchronized static void methond() {
        
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            // 进入方法会锁 SynchronizedDemo.class 指向对象中的锁；
            // 出方法会释放 SynchronizedDemo.class 指向的对象中的锁
            methond();
        }
    }

**谁调用的这个方法锁的就是哪个对象**

/*
    谁调用的这个方法锁的就是哪个对象
     */
    public class SynchronizedDemo {
        
        public void methond() {
        
            // 进入代码块会锁 this 指向对象中的锁；
            // 出代码块会释放 this 指向的对象中的锁         
            synchronized (this) {
        
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            SynchronizedDemo demo = new SynchronizedDemo();
            demo.methond();
        }
    }

## 死锁的产生和避免 ##

**当多个线程需要使用多个同步锁时,如果获得锁的顺序不一致,可能会导致相互等待的情况,这种现象称为死锁。**

**如何解决死锁问题?。**  
如果需要获得多个锁对象时,**保证获得锁对象的顺序一致**，就可以避免死锁的产生。

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