4、线程同步机制
- 并发：同一对象被多个线程同时操作（抢票）
- 线程同步是一个等待机制，多个需要同时访问次对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前一个线程使用完毕，下一个线程才能使用。
形成线程安全的条件：队列和锁
由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入锁机制
synchronized，当一个线程获得对象的排它锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可。
存在以下问题：
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.
（提高了安全性，必然会引起性能问题）
4.1、线程不安全举例
4.1.1、不安全的售票
package com.thread.unsafe;
//线程不安全，买票重复
public class UnsafeBuyTicket {
public static void main(String[] args) {
BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();
new Thread(buyTicket, "我").start();
new Thread(buyTicket, "你").start();
new Thread(buyTicket, "他").start();
}
}
class BuyTicket implements Runnable {
//票
private int ticket = 10;
//外部停止标志
boolean flag = true;
@Override
public void run() {
//买票
while (flag) {
try {
buy();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
// synchronized:同步方法，锁的是this
public synchronized void buy() throws InterruptedException {
if (ticket <= 0) {
flag = false;
return;
}
//模拟延时
Thread.sleep(100);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "买到" + ticket--);
}
}
4.1.2、不安全取钱
package com.thread.unsafe;
//取钱线程不安全
public class UnsafeBank {
public static void main(String[] args) {
//账户
Account account = new Account(1000, "结婚基金");
Drawing you = new Drawing(account, 500, "你");
Drawing girlFriend = new Drawing(account, 1000, "girlFriend");
you.start();
girlFriend.start();
}
}
class Account {
//账户名称
String name;
//账户余额
double money;
public Account(double money, String name) {
this.name = name;
this.money = money;
}
}
class Drawing extends Thread {
Account account;//银行账户
double drawingMoney;//取了多少钱
double nowMoney;//剩余多少钱
public Drawing(Account account, double drawingMoney, String name) {
this.account = account;
this.drawingMoney = drawingMoney;
super.setName(name);
}
//取钱
@Override
public void run() {
//synchronized块：锁的是变化的量
synchronized (account) {
if (account.money - drawingMoney < 0) {
System.out.println("卡内余额不足，取不了！");
return;
}
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 卡内余额 = 余额–你取的钱
account.money = account.money - drawingMoney;
//你手里的钱
nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
System.out.println(account.name + "余额为:" + account.money);
//Thread.currentThread().getName() == this.getName()
System.out.println(this.getName() + "手里的钱" + nowMoney);
}
}
}
4.1.3、不安全的集合
package com.thread.unsafe;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
//线程不安全的集合
public class UnsafeList {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(() -> {
list.add(Thread.currentThread().getName());
}).start();
}
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(list.size());
}
}
4.2、同步方法及同步块
- 由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被方法访问，所以我们只需要针对方法提出一套机制，这套机制就是 synchronized 关键字，它包括两种用法：
synchronized方法和synchronized块 - 同步方法
public synchronized void method(int args){ } - synchronized方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行
缺陷：若将一个大的方法申明为 synchronized 将会影响效率。
synchronized 块:
同步块：synchronized(Obj){}
Obj 称之为同步监视器
- 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
- 同步监视器的执行过程
- 第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中的代码
- 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
4.3、死锁
多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形。
某一个同步块同时拥“两个以上对象的锁”时，就可能会发生“死锁”的问题。
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，在未使用完之前，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。
上述四个条件，只要破坏其任意一个或多个条件就可避免死锁的发生。
案例：
package com.thread.lock;
// 死锁：多个线程互相拥有对方需要的资源，形成僵持
public class DeadLock {
public static void main(String[] args) {
Makeup moore = new Makeup(0, "白雪公主");
Makeup dove = new Makeup(1, "皇后");
moore.start();
dove.start();
}
}
class Lipstick{
}
class Mirror{
}
class Makeup extends Thread{
// 需要的资源只有一份，用static来保证只有一份
static Lipstick lipstick = new Lipstick();
static Mirror mirror = new Mirror();
int choice; // 选择
String girlName; // 使用化妆品的人
Makeup(int choice, String girlName){
this.choice = choice;
this.girlName = girlName;
}
@Override
public void run() {
// 化妆
try {
Makeup();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 化妆 互相持有对方的锁，就是需要拿到对方的资源
private void Makeup() throws InterruptedException {
if(choice == 0){
synchronized (lipstick){
// 获得口红的锁
System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
Thread.sleep(1000);
}
synchronized (mirror){
// 获得镜子的锁
System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
}
}else{
synchronized (mirror){
// 获得口红的锁
System.out.println(this.girlName + "获得镜子的锁");
Thread.sleep(2000);
}
synchronized (lipstick){
// 获得镜子的锁
System.out.println(this.girlName + "获得口红的锁");
}
}
}
}
4.4、lock锁
从 JDK 5.0 开始，Java 提供了更强大的线程同步机制——通过显示定义同步锁对象来实现同步。
同步锁使用 Lock对象充当java.util.concurrent.locks.Lock 接口，是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对 Lock 对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得 Lock对象。
ReentrantLock 类实现了 Lock ，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 ，可以显示加锁释放锁。
案例：
package com.thread.lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
//测试Lock锁
public class TestLock {
public static void main(String[] args) {
TestLock2 testLock2 = new TestLock2();
new Thread(testLock2).start();
new Thread(testLock2).start();
new Thread(testLock2).start();
}
}
class TestLock2 implements Runnable {
int ticketNums = 10;
//定义lock锁:可重入锁
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
lock.lock();//加锁
if (ticketNums > 0) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(ticketNums--);
} else {
break;
}
} finally {
lock.unlock();//解锁
}
}
}
}
synchronized 与 Lock 的对比:
- Lock是显示锁，需要手动开启和关闭，synchronized为隐式锁，出了作用域自动释放
- lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
- 使用lock锁，jvm将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性
- 优先使用顺序
- Lock > 同步代码快（已经进入方法体，分配了相应资源）> 同步方法(在方法体之外)