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 “葫芦娃大战奥特曼”，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 “葫芦娃大战奥特曼”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
模拟票：
public class Ticket implements Runnable {
private int ticket = 100;
/**
* 执行卖票操作
*/
@Override
public void run() { //每个窗口卖票的操作 //窗口 永远开启
while (true) {
if (ticket > 0) {//有票 可以卖 //出票操作 //使用sleep模拟一下出票时间
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto‐generated catch block
e.printStackTrace();
}//获取当前线程对象的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name + "正在卖:" + ticket--);
}
}
}
}
测试类：
public static void main(String[] args) {
//创建线程任务对象
Ticket ticket = new Ticket();
//创建三个窗口对象
Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
//同时卖票
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
运行结果
发现程序出现了两个问题：
- 相同的票数,比如5这张票被卖了两回。
- 不存在的票，比如0票与-1票，是不存在的。
这种问题，几个窗口(线程)票数不同步了，这种问题称为线程不安全。
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。
线程同步
当我们使用多个线程访问同一资源的时候，且多个线程中对资源有写的操作，就容易出现线程安全问题。
要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题，Java中提供了同步机制 (synchronized)来解决。
PS：synchronized可修饰main方法（ public static synchronized void main(String[] args) {}）
根据案例简述：
窗口1线程进入操作的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操作结束，窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码 去执行。
也就是说在某个线程修改共享资源的时候，其他线程不能修改该资源，等待修改完毕同步之后，才能去抢夺CPU 资源，完成对应的操作，保证了数据的同步性，解决了线程不安全的现象。
为了保证每个线程都能正常执行原子操作,Java引入了线程同步机制。
那么怎么去使用呢？有三种方式完成同步操作：
- 同步代码块。
- 同步方法。
- 锁机制。
1.同步代码块
synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。 格式:
synchronized(同步锁){
需要同步操作的代码
}
同步锁:
对象的同步锁只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁.
- 锁对象 可以是任意类型。
- 多个线程对象 要使用同一把锁
注意:在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等着 (BLOCKED)。
使用同步代码块解决代码：
public class Ticket implements Runnable {
private int ticket = 100;
Object lock = new Object();
/**
* 执行卖票操作
*/
@Override
public void run() { //每个窗口卖票的操作 //窗口 永远开启
while (true) {
synchronized (lock) {
if (ticket > 0) {//有票 可以卖
// 出票操作
// 使用sleep模拟一下出票时间
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto‐generated catch block
e.printStackTrace();
}//获取当前线程对象的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name + "正在卖:" + ticket--);
}
}
}
}
}
2.同步方法
使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。
格式：
public synchronized void method(){
可能会产生线程安全问题的代码
}
同步锁是谁?
对于非static方法,同步锁就是this。
对于static方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。
使用同步方法代码如下：
public class Ticket implements Runnable {
private int ticket = 100;
Object lock = new Object();
/**
* 执行卖票操作
*/
@Override
public void run() {
//每个窗口卖票的操作
// 窗口 永远开启
while (true) {
sellTicket();
}
}
/*
定义一个同步方法
同步方法也会把方法内部的代码锁住
只让一个线程执行
同步方法的锁对象是谁?
就是实现类对象 new RunnableImpl()
也是就是this
*/
public synchronized void sellTicket() {
if (ticket > 0) {//有票 可以卖
// 出票操作
// 使用sleep模拟一下出票时间
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto‐generated catch block
e.printStackTrace();
}//获取当前线程对象的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name + "正在卖:" + ticket--);
}
}
}
****************************************************************************************************************
静态同步方法
/*
静态的同步方法
锁对象是谁?
不能是this
this是创建对象之后产生的,静态方法优先于对象
静态方法的锁对象是本类的class属性-->class文件对象(反射)
*/
public static /*synchronized*/ void payTicketStatic(){
synchronized (RunnableImpl.class){
//先判断票是否存在
if(ticket>0){
//提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//票存在,卖票 ticket--
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
ticket--;
}
}
}
3.Lock锁
java.util.concurrent.locks.Lock 机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作, 同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。
Lock锁也称同步锁，加锁与释放锁方法化了，如下：
public void lock() :加同步锁。
public void unlock() :释放同步锁。
使用如下：
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Ticket implements Runnable {
private int ticket = 100;
Lock lock = new ReentrantLock();
/**
* 执行卖票操作
*/
@Override
public void run() { //每个窗口卖票的操作 //窗口 永远开启
while (true) {
lock.lock();
if (ticket > 0) {//有票 可以卖
// 出票操作
// 使用sleep模拟一下出票时间
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto‐generated catch block
e.printStackTrace();
}//获取当前线程对象的名字
String name = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(name + "正在卖:" + ticket--);
}
lock.unlock();
}
}
}
线程状态
线程状态概述
当线程被创建并启动以后，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。
在线程的生命周期中， 有几种状态呢？
在API中 java.lang.Thread.State 这个枚举中给出了六种线程状态：
这里先列出各个线程状态发生的条件，下面将会对每种状态进行详细解析
我们不需要去研究这几种状态的实现原理，我们只需知道在做线程操作中存在这样的状态。
那我们怎么去理解这几个状态呢，新建与被终止还是很容易理解的，我们就研究一下线程从Runnable（可运行）状态与非运行状态之间 的转换问题。
Timed Waiting（计时等待）
Timed Waiting在API中的描述为：一个正在限时等待另一个线程执行一个（唤醒）动作的线程处于这一状态。单独 的去理解这句话，真是玄之又玄，其实我们在之前的操作中已经接触过这个状态了，在哪里呢？
在我们写卖票的案例中，为了减少线程执行太快，现象不明显等问题，我们在run方法中添加了sleep语句，这样就 强制当前正在执行的线程休眠（暂停执行），以“减慢线程”。
其实当我们调用了sleep方法之后，当前执行的线程就进入到“休眠状态”，其实就是所谓的Timed Waiting(计时等 待)，那么我们通过一个案例加深对该状态的一个理解。
实现一个计数器，计数到100，在每个数字之间暂停1秒，每隔10个数字输出一个字符串
代码:
public class MyThread extends Thread {
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if ((i) % 10 == 0) {
System.out.println("‐‐‐‐‐‐‐" + i);
}
System.out.print(i);
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.print(" 线程睡眠1秒！\n");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
new MyThread().start();
}
}
部分结果
通过案例可以发现，sleep方法的使用还是很简单的。我们需要记住下面几点：
- 进入 TIMED_WAITING 状态的一种常见情形是调用的 sleep 方法，单独的线程也可以调用，不一定非要有协 作关系。
- 为了让其他线程有机会执行，可以将Thread.sleep()的调用放线程run()之内。这样才能保证该线程执行过程 中会睡眠
- sleep与锁无关，线程睡眠到期自动苏醒，并返回到Runnable（可运行）状态。
小提示：sleep()中指定的时间是线程不会运行的最短时间。因此，sleep()方法不能保证该线程睡眠到期后就开始立刻执行。
Timed Waiting 线程状态图：
BLOCKED（锁阻塞）
Blocked状态在API中的介绍为：一个正在阻塞等待一个监视器锁（锁对象）的线程处于这一状态。
我们已经学完同步机制，那么这个状态是非常好理解的了。比如，线程A与线程B代码中使用同一锁，如果线程A获 取到锁，线程A进入到Runnable状态，那么线程B就进入到Blocked锁阻塞状态。
这是由Runnable状态进入Blocked状态。除此Waiting以及Time Waiting状态也会在某种情况下进入阻塞状态，而 这部分内容作为扩充知识点带领大家了解一下。
Waiting（无限等待）
Wating状态在API中介绍为：一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的（唤醒）动作的线程处于这一状态。
那么我们之前遇到过这种状态吗？答案是并没有，但并不妨碍我们进行一个简单深入的了解。我们通过一段代码来 学习一下：
public class WaitingTest {
public static Object obj = new Object();
public static void main(String[] args) {
// 演示waiting
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (obj) {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=== 获取到锁对象，调用wait方法，进入waiting状态，释放锁对象");
obj.wait();//无限等待
// obj.wait(5000); //计时等待, 5秒 时间到，自动醒来
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " == = 从waiting状 态醒来，获取到锁对象，继续执行了");
}
}
}
}, " 等待线程").start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// while (true){ //每隔3秒 唤醒一次
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "‐‐‐‐‐ 等待3秒钟");
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (obj) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "‐‐‐‐‐ 获取到锁对象, 调用notify方法，释放锁对象");
obj.notify();
}
}
// }
}, " 唤醒线程").start();
}
}
通过上述案例我们会发现，一个调用了某个对象的 Object.wait 方法的线程会等待另一个线程调用此对象的 Object.notify()方法 或 Object.notifyAll()方法。
其实waiting状态并不是一个线程的操作，它体现的是多个线程间的通信，可以理解为多个线程之间的协作关系， 多个线程会争取锁，同时相互之间又存在协作关系。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在晋升时的竞争，但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。
当多个线程协作时，比如A，B线程，如果A线程在Runnable（可运行）状态中调用了wait()方法那么A线程就进入 了Waiting（无限等待）状态，同时失去了同步锁。假如这个时候B线程获取到了同步锁，在运行状态中调用了 notify()方法，那么就会将无限等待的A线程唤醒。注意是唤醒，如果获取到锁对象，那么A线程唤醒后就进入 Runnable（可运行）状态；如果没有获取锁对象，那么就进入到Blocked（锁阻塞状态）。
Waiting 线程状态图
买包子案例
/*
等待唤醒案例:线程之间的通信
创建一个顾客线程(消费者):告知老板要的包子的种类和数量,调用wait方法,放弃cpu的执行,进入到WAITING状态(无限等待)
创建一个老板线程(生产者):花了5秒做包子,做好包子之后,调用notify方法,唤醒顾客吃包子
注意:
顾客和老板线程必须使用同步代码块包裹起来,保证等待和唤醒只能有一个在执行
同步使用的锁对象必须保证唯一
只有锁对象才能调用wait和notify方法
Obejct类中的方法
void wait()
在其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法前，导致当前线程等待。
void notify()
唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。
会继续执行wait方法之后的代码
*/
public class Demo01WaitAndNotify {
public static void main(String[] args) {
//创建锁对象,保证唯一
Object obj = new Object();
// 创建一个顾客线程(消费者)
new Thread(){
@Override
public void run() {
//一直等着买包子
while(true){
//保证等待和唤醒的线程只能有一个执行,需要使用同步技术
synchronized (obj){
System.out.println("告知老板要的包子的种类和数量");
//调用wait方法,放弃cpu的执行,进入到WAITING状态(无限等待)
try {
obj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//唤醒之后执行的代码
System.out.println("包子已经做好了,开吃!");
System.out.println("---------------------------------------");
}
}
}
}.start();
//创建一个老板线程(生产者)
new Thread(){
@Override
public void run() {
//一直做包子
while (true){
//花了5秒做包子
try {
Thread.sleep(5000);//花5秒钟做包子
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//保证等待和唤醒的线程只能有一个执行,需要使用同步技术
synchronized (obj){
System.out.println("老板5秒钟之后做好包子,告知顾客,可以吃包子了");
//做好包子之后,调用notify方法,唤醒顾客吃包子
obj.notify();
}
}
}
}.start();
}
}
补充知识点
到此为止我们已经对线程状态有了基本的认识，想要有更多的了解，详情可以见下图：
一条有意思的tips:
我们在翻阅API的时候会发现Timed Waiting（计时等待） 与 Waiting（无限等待） 状态联系还是很紧密的， 比如Waiting（无限等待） 状态中wait方法是空参的，而timed waiting（计时等待） 中wait方法是带参的。 这种带参的方法，其实是一种倒计时操作，相当于我们生活中的小闹钟，我们设定好时间，到时通知，可是 如果提前得到（唤醒）通知，那么设定好时间在通知也就显得多此一举了，那么这种设计方案其实是一举两 得。如果没有得到（唤醒）通知，那么线程就处于Timed Waiting状态,直到倒计时完毕自动醒来；如果在倒计时期间得到（唤醒）通知，那么线程从Timed Waiting状态立刻唤醒。
/*
进入到TimeWaiting(计时等待)有两种方式
1.使用sleep(long m)方法,在毫秒值结束之后,线程睡醒进入到Runnable/Blocked状态
2.使用wait(long m)方法,wait方法如果在毫秒值结束之后,还没有被notify唤醒,就会自动醒来,线程睡醒进入到Runnable/Blocked状态
唤醒的方法:
void notify() 唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。
void notifyAll() 唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。
*/
