Java线程安全与同步实例分析

线程安全问题

多个线程可能会共享(访问)同一个资源

比如访问同一个对象，同一个变量，同一个文件

当多个线程访问同一块资源时，很容易引发数据错乱和数据安全问题，称为线程安全问题

什么情况下会出现线程安全问题

多个线程共享同一个资源

且至少有一个线程正在执行写的操作

实例：

存钱取钱问题

分别有存钱和取钱2个线程

   存钱                      取钱
   线程1         余额         线程2
   1000  《----1000------》 1000
   1000+1000-----》2000
                500 《-----1000-500

正确：结束后余额应该是1500，而不是500

买票问题

有卖票2个线程

   卖票                      卖票
   线程1         票数         线程2
   1000  《----1000------》 1000
   1000-1-----》999
                999 《-----1000-1

正确：结束后余额应该是998，而不是999

买票问题错误(未线程同步)实例：

public class love implements Runnable{
    private int piao=3000;//有3000张票
    public boolean sale() {//ture代表还有票；false代表没有票了
        if(piao<1) return false;
         piao--;//卖1张票
         
         //细化piao--;
         //寄存器=piao;
         //寄存器=寄存器-1；
         //piao=寄存器;
         
         String sk =Thread.currentThread().getName();//获取当前线程(买票窗口)的名字
         System.out.println(sk+"卖了1张票，还剩下"+piao+"张");
         return piao>1;
    }
    public void run() {
         while(sale());//循环执行；直至卖完票返回false
    }
}
 
public class Main {
    public static void main(String[] a) {
        love tjlove =new love();
        for(int i=1;i<=4;i++) {//循环4次；产生4个线程(窗口)卖票
            Thread tj = new Thread(tjlove());
            tj.setName(""+i);
            tj.start();
        }
    }
}

部分输出结果：

线程安全问题

分析问题

线程A和B对类中1个变量值为17进行+1操作
最终结果为2个18

解决方案

加锁：

过程：首先线程A先访问到这个17，读上来后进行加锁并进去+1的操作改为18
并且17在加锁期间其它线程都不能访问
改完之后再进行写入，然后再解锁17
然后再由线程B去访问它，再进行加锁，重复上面操作变成19再解锁
这样做能保证在同一时间只有1个线程去访问它，这样就保证了安全；之前错误是由于这些线程一起去访问了它

线程同步

刚刚所说的加锁操作便是线程同步技术

可以使用线程同步技术来解决线程安全问题

线程同步在Java里有2种做法：

1.同步语句

2.同步方法

同步语句

public class love implements Runnable{
	private int piao=3000;//本人cpu单核性能过强,数据量大些才能看到是4个线程在卖票
	public boolean sale() {
		synchronized(this) {//1个线程获取这个对象的锁，并加锁；    synchronized作用于整个语句
		//this指向当前对象
		//不能用new Object()；这样会产生新的对象，产生新的锁
		//把this换成"123",效果基本一样；因为其存在常量值里，每次访问的对象一样
			if(piao<1) return false;
			piao--;
			String sk =Thread.currentThread().getName();
			System.out.println(sk+"卖了1张票，还剩下"+piao+"张");
			return piao>0;
			}
	}
	public void run() {
		 while(sale());
	}
}

部分输出结果：

synchronize(obj)的原理

1.每个对象都有一个与它相关的内部锁（intrinsic lock）或者叫监视器锁（monitor lock）

2.第一个执行到同步语句的线程可以获得 obj 的内部锁，在执行完同步语句中的代码后释放此锁

3.只要一个线程持有了内部锁，那么其它线程在同一时刻将无法再获得此锁

✓ 当它们试图获取此锁时，将会进入BLOCKED状态

4.多个线程访问同一个 synchronized(obj)语句时

obj必须是同一个对象，才能起到同步的作用

同步方法

public class love implements Runnable{
    private int piao=3000;
    public synchronized boolean sale() { //synchronized作用于整个方法
            if(piao<1) return false;
            piao--;
            String sk =Thread.currentThread().getName();
            System.out.println(sk+"卖了1张票，还剩下"+piao+"张");
            return piao>0;
    }
    public void run() {
         while(sale());
    }
}

synchronized不能修饰构造方法

同步方法的本质

实例方法：synchronized (this)

静态方法：synchronized (Class对象)

同步语句比同步方法更灵活一点

同步语句可以精确控制需要加锁的代码范围，减少处于BLOCKED状态的线程,充分利用劳动力

使用了线程同步技术后

虽然解决了线程安全问题，但是降低了程序的执行效率

因为加了锁就会有处于等待的线程，多了加锁解锁的操作

所以在真正有必要的时候，才使用线程同步技术