线程同步机制

多个线程操作同一个资源，例如：
- 上万人同时抢100张票；
- 两个银行同时取钱

现实生活中，会遇到“同一个资源，多个人都想使用”的问题，例如：食堂排队打饭，每个人都想吃饭，最简单的解决办法就是，排队，一个一个来。

处理多线程时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象，这时候需要线程同步；线程同步其实就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入到这个 对象的等待池 形成队列，等待前面线程使用完毕，下一个线程再使用。

这个时候需要两种东西：队列和锁；

> 线程同步

由于同一个进程的多个线程共享同一个存储空间，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；

※ 不安全案例

01 不安全的买票

线程不同步，可能会出现拿到 -1张票的情况

//不安全的买票
//线程不安全，会出现负数
public class UnsafeBuyTicket {
    
    
    public static void main(String[] args){
    
    
        BuyTicket station = new BuyTicket();

        new Thread(station,"你").start();
        new Thread(station,"我").start();
        new Thread(station,"他").start();
    }
}
class BuyTicket implements Runnable{
    
    
    //票
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;//外部停止方式
    @Override
    public void run(){
    
    
        while(flag){
    
    
            try {
    
    
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
    private void buy() throws InterruptedException {
    
    
        //判断是否有票
        if(ticketNums <=0){
    
    
            flag = false;
            return;
        }
        //模拟延时
        Thread.sleep(100);
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
    }
}

02 不安全的银行

多个线程同时对银行发起取钱，会导致出现取多了的情况

//不安全的取钱
//两个人去银行取钱，账户
public class UnsafeBank {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        //账户
        Account account = new Account(100,"基金");

        Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
        Drawing me = new Drawing(account,100,"我");

        you.start();
        me.start();
    }
}
//账户
class Account {
    
    
    int money;//余额
    String name;//卡名
    public Account(int money,String name){
    
    
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}
//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{
    
    
    Account account;//账户
    //取了多少钱
    int drawingMoney;
    //现在手里有多少钱
    int nowMoney;
    public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
    
    
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;

    }
    //取钱
    @Override
    public void run(){
    
    
        //判断有没有钱
        if(account.money-drawingMoney<0){
    
    
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了");
            return;
        }
        try {
    
    
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            throw new RuntimeException(e);
        }
        //卡内余额 = 余额 - 取走的钱
        account.money = account.money - drawingMoney;
        //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);
    }
} /*        基金余额为-50
            你手里的钱50
            基金余额为-50
            我手里的钱100
        
            进程已结束,退出代码0
*/

03 线程不安全的集合

//线程不安全的集合
public class UnsafeList {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    
    
            new Thread(()->{
    
    
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}  /*   9997

        进程已结束,退出代码0
*/

> 同步方法及方法块

由于可以通过 private 关键字可以保证数据对象只能被方法访问，所以只需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：若将一个大的方法声明为 synchronized 将会影响效率
弊端：方法里面需要修改的内容才需要锁，锁的太多，浪费资源，这个时候就需要 同步块 来解决

同步块：

同步块： synchronized ( Obj ) { }
Obj 称之为同步监视器
- Obj可以为任何对象，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 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；

解决之前不安全的买票：（同步方法）

//安全的买票
public class UnsafeBuyTicket {
    
    
    public static void main(String[] args){
    
    
        BuyTicket station = new BuyTicket();

        new Thread(station,"你").start();
        new Thread(station,"我").start();
        new Thread(station,"他").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{
    
    
    //票
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;//外部停止方式

    @Override
    public void run(){
    
    
        while(flag){
    
    
            try {
    
    
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }

    //synchronized 定义为同步方法，锁的是 this
    private synchronized void buy() throws InterruptedException {
    
    
        //判断是否有票
        if(ticketNums <=0){
    
    
            flag = false;
            return;
        }
        //模拟延时
        Thread.sleep(100);
        //买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
    }
}

解决不安全的银行：（同步块）

//安全的取钱
//两个人去银行取钱，账户
public class UnsafeBank {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        //账户
        Account account = new Account(100,"基金");

        Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
        Drawing me = new Drawing(account,100,"我");

        you.start();
        me.start();

    }

}

//账户
class Account {
    
    
    int money;//余额
    String name;//卡名

    public Account(int money,String name){
    
    
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}

//银行：模拟取款
class Drawing extends Thread{
    
    
    Account account;//账户
    //取了多少钱
    int drawingMoney;
    //现在手里有多少钱
    int nowMoney;

    public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
    
    
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;

    }

    //取钱
    @Override
    public void run(){
    
    
    	//全部放到同步块中 监视account
        synchronized(account) {
    
    
            //判断有没有钱
            if(account.money-drawingMoney<0){
    
    
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了");
                return;
            }
            try {
    
    
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                throw new RuntimeException(e);
            }
            //卡内余额 = 余额 - 取走的钱
            account.money = account.money - drawingMoney;
            //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);
        }
    }           
}/*     基金余额为50
        你手里的钱50
        我钱不够，取不了

        进程已结束,退出代码0
*/

解决不安全的集合：（同步块）

//线程安全的集合
public class UnsafeList {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    
    
            new Thread(()->{
    
    
                synchronized (list){
    
    
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
        }
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(list.size());
    }
}  /*   10000

        进程已结束,退出代码0
*/

※ 安全类型的集合 CopyOnWriteArrayList

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
//测试JUC安全类型的集合 CopyOnWriteArrayList
public class UnsafeList {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
    
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
        
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    
    
            new Thread(()->{
    
    
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(list.size());
    }
}  /*   10000

        进程已结束,退出代码0
*/

【Java多线程】线程同步机制（含同步方法）及不安全案例讲解

文章目录