第3章 多线程
3.1 线程安全
如果有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。
我们通过一个案例,演示线程的安全问题:
电影院要卖票,我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “功夫熊猫3”,本次电影的座位共100个(本场电影只能卖100张票)。
我们来模拟电影院的售票窗口,实现多个窗口同时卖 “功夫熊猫3”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)
需要窗口,采用线程对象来模拟;需要票,Runnable接口子类来模拟
public class ThreadDemo { public static void main(String[] args) { //创建票对象 Ticket ticket = new Ticket(); //创建3个窗口 Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1"); Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2"); Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3"); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
public class Ticket implements Runnable { //共100票 int ticket = 100; @Override public void run() { //模拟卖票 while(true){ if (ticket > 0) { //模拟选坐的操作 try { Thread.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); } } }
运行结果发现:上面程序出现了问题
(1)票出现了重复的票
(2)错误的票 0、-1
其实,线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的;若有多个线程同时执行写操作,一般都需要考虑线程同步,否则的话就可能影响线程安全。
3.2 线程同步(线程安全处理Synchronized)
java中提供了线程同步机制,它能够解决上述的线程安全问题。
线程同步的方式有两种:
l 方式1:同步代码块
l 方式2:同步方法
3.2.1 同步代码块
同步代码块的原理:
同步代码块: 在代码块声明上 加上synchronized
synchronized (锁对象) { 可能会产生线程安全问题的代码 }
同步代码块中的锁对象可以是任意的对象;但多个线程时,要使用同一个锁对象才能够保证线程安全。
使用同步代码块,对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改:
public class Ticket implements Runnable { //共100票 int ticket = 100; //定义锁对象 Object lock = new Object(); @Override public void run() { //模拟卖票 while(true){ //同步代码块 synchronized (lock){ if (ticket > 0) { //模拟电影选坐的操作 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); } } } } }
当使用了同步代码块后,上述的线程的安全问题,解决了,但是执行的速度变慢了。但是只能牺牲速度,来保证安全
3.2.2 同步方法
l 同步方法:在方法声明上加上synchronized
public synchronized void method(){ 可能会产生线程安全问题的代码 }
同步方法中的锁对象是 this
使用同步方法,对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改:
public class Ticket implements Runnable { //共100票 int ticket = 100; //定义锁对象 Object lock = new Object(); @Override public void run() { //模拟卖票 while(true){ //同步方法 method(); } } //同步方法,锁对象this,相当于synchronized(this){} public synchronized void method(){ if (ticket > 0) { //模拟选坐的操作 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); } } }
l 静态同步方法: 在方法声明上加上static synchronized
public static synchronized void method(){ 可能会产生线程安全问题的代码 }
public class Ticket implements Runnable { //共100票 private static int ticket = 100; //定义锁对象 Object lock = new Object(); @Override public void run() { //模拟卖票 while(true){ //同步方法 method(); } } //同步方法,锁对象是本类自己.class属性相当于synchronized(Tickets.class){} public static synchronized void method(){ if (ticket > 0) { //模拟选坐的操作 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); } } }
* 通过同步方法形式,解决线程的安全问题
* 好处:代码简洁
* 将线程共享数据,和同步,抽取到一个方法中
* 在方法声明上,加上同步关键字
*
* 问题:
* 同步方法有锁吗,肯定有,同步方法中的对象锁,是本类对象引用this
* 如果方法是静态的,同步也有锁,但是不是this,
* 因为this属于对象引用,静态不属于对象,而且静态优先非静态存在,也不能是super
* 静态方法中,同步锁是本类自己.class属性(为什么?)
3.3 Lock接口
查阅API,查阅Lock接口描述,Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。
l Lock接口中的常用方法
Lock提供了一个更加面对对象的锁,在该锁中提供了更多的操作锁的功能。
我们使用Lock接口,以及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步,对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改
public class Ticket implements Runnable { //共100票 int ticket = 100; //创建Lock锁对象 Lock ck = new ReentrantLock(); @Override public void run() { //模拟卖票 while(true){ //synchronized (lock){ ck.lock(); if (ticket > 0) { //模拟选坐的操作 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); } ck.unlock(); //} } } }
3.3.1 死锁的原理
同步锁使用的弊端:当线程任务中出现了多个同步(多个锁)时,如果同步中嵌套了其他的同步。这时容易引发一种现象:程序出现无限等待,这种现象我们称为死锁。这种情况能避免就避免掉。
synchronzied(A锁){ synchronized(B锁){ } }
我们进行下死锁情况的代码演示:
l 定义锁对象类
/** * Created by YuKai Fan on 2018/8/16. */ public class LockA { //创建私有的构造器,外部类就无法在new LockA(),但是在本类内部可以,外部不可调用 private LockA() {} //非静态对象,所以外部调用该对象时,必须要先创建实例,但是由于存在私有的构造器,所以外部无法调用 //LockA lockA = new LockA(); //静态对象,外部类可以直接用类名进行调用 public final static LockA lockA = new LockA(); }
/** * Created by YuKai Fan on 2018/8/16. */ public class LockB { private LockB(){}
public final static LockB lockB = new LockB(); }
l 线程任务类
/** * Created by YuKai Fan on 2018/8/16. */ public class DeadLock implements Runnable { private int i = 0; @Override public void run() { //需要死循环,线程多次抢占资源,产生死锁的概率比较大 //因为有可能在存在A对象抢占资源太快,而B对象在A抢完所有锁,并释放的时候才开始 while (true) { if (i%2 == 0) { //如果i是偶数,就先进入A同步,再进入B同步 synchronized (LockA.lockA) { System.out.println("if...lockA"); synchronized (LockB.lockB) { System.out.println("if...lockB"); } } } else { //如果i是奇数,就先进入B同步,再进入A同步 synchronized (LockB.lockB) { System.out.println("else...lockB"); synchronized (LockA.lockA) { System.out.println("else...lockA"); } } } i++; } } }
测试类
/** * Created by YuKai Fan on 2018/8/16. */ public class DeadLockDemo { public static void main(String[] args) { DeadLock dead = new DeadLock(); Thread t0 = new Thread(dead); Thread t1 = new Thread(dead); t0.start(); t1.start(); } }