并发编程之多线程线程安全
什么是线程安全？
为什么有线程安全问题？
当多个线程同时共享，同一个全局变量或静态变量，做写的操作时，可能会发生数据冲突问题，也就是线程安全问题。但是做读操作是不会发生数据冲突问题。
案例:需求现在有100张火车票，有两个窗口同时抢火车票，请使用多线程模拟抢票效果。
代码:
| public class ThreadTrain implements Runnable { private int trainCount = 100;
@Override public void run() { while (trainCount > 0) { try { Thread.sleep(50); } catch (Exception e) {
} sale(); } }
public void sale() { if (trainCount > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - trainCount + 1) + "张票"); trainCount--; } }
public static void main(String[] args) { ThreadTrain threadTrain = new ThreadTrain(); Thread t1 = new Thread(threadTrain, "①号"); Thread t2 = new Thread(threadTrain, "②号"); t1.start(); t2.start(); }
} |
运行结果:
一号窗口和二号窗口同时出售火车第九九张,部分火车票会重复出售。
结论发现，多个线程共享同一个全局成员变量时，做写的操作可能会发生数据冲突问题。
线程安全解决办法:
问:如何解决多线程之间线程安全问题
答:使用多线程之间同步synchronized或使用锁(lock)。
问:为什么使用线程同步或使用锁能解决线程安全问题呢？
答:将可能会发生数据冲突问题(线程不安全问题)，只能让当前一个线程进行执行。代码执行完成后释放锁，让后才能让其他线程进行执行。这样的话就可以解决线程不安全问题。
问:什么是多线程之间同步
答:当多个线程共享同一个资源,不会受到其他线程的干扰。
问:什么是多线程同步
答:当多个线程共享同一个资源,不会受到其他线程的干扰。
内置的锁
Java提供了一种内置的锁机制来支持原子性
每一个Java对象都可以用作一个实现同步的锁，称为内置锁，线程进入同步代码块之前自动获取到锁，代码块执行完成正常退出或代码块中抛出异常退出时会释放掉锁
内置锁为互斥锁，即线程A获取到锁后，线程B阻塞直到线程A释放锁，线程B才能获取到同一个锁
内置锁使用synchronized关键字实现，synchronized关键字有两种用法：
1.修饰需要进行同步的方法（所有访问状态变量的方法都必须进行同步），此时充当锁的对象为调用同步方法的对象
2.同步代码块和直接使用synchronized修饰需要同步的方法是一样的，但是锁的粒度可以更细，并且充当锁的对象不一定是this，也可以是其它对象，所以使用起来更加灵活
同步代码块synchronized
| 就是将可能会发生线程安全问题的代码，给包括起来。 synchronized(同一个数据){ 可能会发生线程冲突问题 } 就是同步代码块 synchronized(对象)//这个对象可以为任意对象 { 需要被同步的代码 } |
对象如同锁，持有锁的线程可以在同步中执行
没持有锁的线程即使获取CPU的执行权，也进不去
同步的前提：
1，必须要有两个或者两个以上的线程
2，必须是多个线程使用同一个锁
必须保证同步中只能有一个线程在运行
好处：解决了多线程的安全问题
弊端：多个线程需要判断锁，较为消耗资源、抢锁的资源。
代码样例:
| public void sale() { synchronized (this) { if (trainCount > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - trainCount + 1) + "张票"); trainCount--; } } } |
同步方法
什么是同步方法？
答：在方法上修饰synchronized 称为同步方法
代码样例
| public synchronized void sale() { if (trainCount > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - trainCount + 1) + "张票"); trainCount--; } } |
同学们思考问题？同步方法使用的是什么锁？
答：同步函数使用this锁。
证明方式: 一个线程使用同步代码块(this明锁),另一个线程使用同步函数。如果两个线程抢票不能实现同步，那么会出现数据错误。
代码:
| class Thread009 implements Runnable { private int trainCount = 100; private Object oj = new Object(); public boolean flag = true;
public void run() {
if (flag) { while (trainCount > 0) { synchronized (this) { try { Thread.sleep(10); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception } if (trainCount > 0) { System.out .println(Thread.currentThread().getName() + "," + "出售第" + (100 - trainCount + 1) + "票"); trainCount--; } }
} } else { while (trainCount > 0) { sale(); }
}
}
public synchronized void sale() {
try { Thread.sleep(10); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception } if (trainCount > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "," + "出售第" + (100 - trainCount + 1) + "票"); trainCount--; }
} }
public class Test009 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread009 threadTrain = new Thread009(); Thread t1 = new Thread(threadTrain, "窗口1"); Thread t2 = new Thread(threadTrain, "窗口2"); t1.start(); Thread.sleep(40); threadTrain.flag = false; t2.start();
} } |
静态同步函数
答：什么是静态同步函数？
方法上加上static关键字，使用synchronized 关键字修饰 或者使用类.class文件。
静态的同步函数使用的锁是 该函数所属字节码文件对象
可以用 getClass方法获取，也可以用当前 类名.class 表示。
代码样例:
| public static void sale() { synchronized (ThreadTrain3.class) { if (trainCount > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - trainCount + 1) + "张票"); trainCount--; } } } |
总结：
synchronized 修饰方法使用锁是当前this锁。
synchronized 修饰静态方法使用锁是当前类的字节码文件
多线程死锁
什么是多线程死锁？
答:同步中嵌套同步,导致锁无法释放
代码:
| class Thread009 implements Runnable { private int trainCount = 100; private Object oj = new Object(); public boolean flag = true;
public void run() {
if (flag) { while (trainCount > 0) { synchronized (oj) { try { Thread.sleep(10); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception } sale(); }
} } else { while (trainCount > 0) { sale(); }
}
}
public synchronized void sale() { synchronized (oj) { try { Thread.sleep(10); } catch (Exception e) {
} if (trainCount > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "," + "出售第" + (100 - trainCount + 1) + "票"); trainCount--; } } } }
public class Test009 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread009 threadTrain = new Thread009(); Thread t1 = new Thread(threadTrain, "窗口1"); Thread t2 = new Thread(threadTrain, "窗口2"); t1.start(); Thread.sleep(40); threadTrain.flag = false; t2.start();
} }} |
Threadlocal
什么是Threadlocal
ThreadLocal提高一个线程的局部变量，访问某个线程拥有自己局部变量。
当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。
ThreadLocal的接口方法
ThreadLocal类接口很简单，只有4个方法，我们先来了解一下：
• void set(Object value)设置当前线程的线程局部变量的值。
• public Object get()该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。
• public void remove()将当前线程局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用，该方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是，当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作，但它可以加快内存回收的速度。
• protected Object initialValue()返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。
案例:创建三个线程，每个线程生成自己独立序列号。
代码:
| class Res { // 生成序列号共享变量 public static Integer count = 0; public static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<Integer>() { protected Integer initialValue() {
return 0; };
};
public Integer getNum() { int count = threadLocal.get() + 1; threadLocal.set(count); return count; } }
public class ThreadLocaDemo2 extends Thread { private Res res;
public ThreadLocaDemo2(Res res) { this.res = res; }
@Override public void run() { for (int i = 0; i < 3; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + "i---" + i + "--num:" + res.getNum()); }
}
public static void main(String[] args) { Res res = new Res(); ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo1 = new ThreadLocaDemo2(res); ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo2 = new ThreadLocaDemo2(res); ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo3 = new ThreadLocaDemo2(res); threadLocaDemo1.start(); threadLocaDemo2.start(); threadLocaDemo3.start(); }
}
|
ThreadLoca实现原理
ThreadLoca通过map集合
Map.put(“当前线程”,值)；
多线程有三大特性
原子性、可见性、有序性
什么是原子性
即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。
一个很经典的例子就是银行账户转账问题：
比如从账户A向账户B转1000元，那么必然包括2个操作：从账户A减去1000元，往账户B加上1000元。这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。
我们操作数据也是如此，比如i = i+1；其中就包括，读取i的值，计算i，写入i。这行代码在Java中是不具备原子性的，则多线程运行肯定会出问题，所以也需要我们使用同步和lock这些东西来确保这个特性了。
原子性其实就是保证数据一致、线程安全一部分，
什么是可见性
当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。
若两个线程在不同的cpu，那么线程1改变了i的值还没刷新到主存，线程2又使用了i，那么这个i值肯定还是之前的，线程1对变量的修改线程没看到这就是可见性问题。
什么是有序性
程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
一般来说处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。如下：
int a = 10; //语句1
int r = 2; //语句2
a = a + 3; //语句3
r = a*a; //语句4
则因为重排序，他还可能执行顺序为 2-1-3-4，1-3-2-4
但绝不可能 2-1-4-3，因为这打破了依赖关系。
显然重排序对单线程运行是不会有任何问题，而多线程就不一定了，所以我们在多线程编程时就得考虑这个问题了。