Threadjava线程之对象锁类锁线程安全

Posted 2020-08-21 淡丶无欲

说明：

  1、个人技术也不咋滴、也没在项目中写过线程，以下全是根据自己的理解写的。所以，仅供参考及希望指出不同的观点。

  2、其实想把代码的github贴出来，但还是推荐在初学的您多亲自写一下，就没贴出来了。

一、基本说明

  类、对象：。。。（不知道怎么说，只可意会不可言传>.<!）；要明白哪些方法、变量是对象的，哪些是类的。

  类锁、对象锁：对应类和对象。每个类有且仅有一个类锁，每个对象有且仅有一个对象锁。

    ex: Person p1 = new Person(); Person p2 = new Person();

      Person类只有一个类锁，p1对象有自己的对象锁，p2也有自己的对象锁。所以，demo中一共有3把锁：1把类锁、2把对象锁。

  进程、线程：一个进程可以有多个线程。

  并发：最大化利用资源，轮流执行。ex: 只有一本《Think In Java》，A看一会B看一会。

  并行：真正的同时进行，ex：有多本《Think In Java》，A看一本，B看一本。

摘自baike：

并发的实质是一个物理CPU（也可以多个物理CPU）在若干道程序之间多路复用，并发性是对有限物理资源强制行驶多用户共享以提高效率。

并行指的是两个或两个以上的事件或活动在同一时刻发生。在多道程序环境下，并行性使多个程序同一时刻可在不同CPU上同时执行。

    我所知道的，java中的线程、或者平常说的线程基本都是并发的（我也不能确定，因为不清楚；前面baidu了下，基本博客说的java实现并行其实都是并发，但也看见有说JDK8能并行编程的，待了解）。

二、场景构想

  场景：（不考虑线程安全，已知约束每次输出0~4）

    要输出0、1、2、3、4共3次，即总共输出15次。

  实现：

    1、（类锁）3个对象各自执行1次。

    2、（对象锁）一个对象执行3次。

三、实现1：3个对象各执行1次

  1、现在不考虑线程安全、不考虑同步异步，只简单的满足：3个对象各自执行1次。

public class ClassLock {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable async = new AsyncClass();
        Thread t1 = new Thread(async,"Thread-A");
        Thread t2 = new Thread(async,"Thread-B");
        Thread t3 = new Thread(async,"Thread-C");
        t1.start(); // code-1
        t2.start(); // code-2 
        t3.start(); // code-3 
    }
}
/** 相对的异步 */
class AsyncClass implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            try {
              //  Thread.sleep(1*1000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

特别重要说明:

  1、java的线程调度是随机的，什么意思？

    在上面代码中，只能保证t1、t2、t3都执行，但并不能确定输出的顺序。以下例举几个：

   

  （个人理解，可能理解/用词错误）java代码还是按顺序执行，所以可以保证t1、t2、t3进入线程池（用词不好，或者说类似是进入候车厅，等待获取锁）的顺序是按代码顺序。但是，获取锁是随机（JVM决定）。

  参考代码来说，进程Process-A开启线程Thread-main来执行main方法。此时只有一个线程：Thread-main。

  当执行到code-1时开启了线程Thread-A，此时Process-A就有2个线程：Thread-main、Thread-A。

  因为存在多个线程，所以现在Process-A就存在线程调度的问题。即，现在可能是继续执行main后面的代码，也可能去执行Thread-A的代码。或者轮换执行，即并发。

  后面对应的，执行到code-2就有3个线程：Thread-main、Thread-A、Thread-B。

public static void main(String[] args) {
    Runnable async = new AsyncClass();
    Thread t1 = new Thread(async,"Thread-A");
    Thread t2 = new Thread(async,"Thread-B");
    Thread t3 = new Thread(async,"Thread-C");
    System.out.println("vergilyn");
    t1.start();
    System.out.println("dante");
    t2.start();
    System.out.println("vergil");
    t3.start();
    System.out.println("end");
}

上面代码的结果： 只能保证“vergilyn”是最先输出的，后面的输出顺序都不确定（包括end）。

2、（同步类锁）现在保证某个对象输出完了，另外一个对象才接着输出

  因为是3个对象各自执行，所以要用类锁去控制，而不是对象锁。（同步静态方法加即等同于类锁）

/** 同步 */
class SyncClass implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        synchronized (SyncClass.class){  //sync-1
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
              //synchronized (SyncClass.class) { //sync-2
                    try {
                        //  Thread.sleep(1*1000);
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
            //  }
            }
        }
    }
}

说明：因为是类锁，所以保证了每个对象进来，必须执行完for循环才释放类锁（当然也可以手动释放wait():释放了锁，其它线程可以去竞争获取该锁；sleep():未释放锁，锁的所有权还是在当前线程）

  1、sync-1才能达到需求。保证了执行完for循环才释放锁。

  2、sync-2当执行完try-catch就释放了锁，线程间又竞争获取该锁，并不能确定下一个获得锁的是哪个线程。

 

在多线程中，重要的一点就是：同步块的抉择（哪里才是最小同步块，或者这同步块对不对）、同步影响并发性。

在上面demo中其实举例不好，要达到需求只能写在sync-1，而不能写在sync-2。但这想说明的是，你要明确要锁的是什么，是对象、还是类。最小同步代码块在哪？

四、实现2：一个对象执行3次

public class ObjectLock {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable p1 = new SyncObject();
//      Runnable p1 = new AsyncThread();
        Thread t1 = new Thread(p1,"A");
        Thread t2 = new Thread(p1,"B");
        Thread t3 = new Thread(p1,"C");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
class AsyncObject implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            try {
              //  Thread.sleep(1*1000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

class SyncObject implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        synchronized (this){
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    // Thread.sleep(1*1000); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i); 

                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

在demo中，其实和类锁的代码区别很少。无非是三个对象各自绑定一个线程执行，还是一个对象绑定三个线程执行（用词不好）

五、对象锁、类锁

  不知道怎么用语言表达；希望通过上面代码能悟出什么是锁，什么是对象锁、类锁。

  锁的作用，就是持有锁的线程才可以执行，别的线程只能等待获取锁。（再次说明：jvm随机决定谁能获取到锁。）

  扩展：

持有锁的线程会释放锁：

1. 执行完同步代码块。

2. 在执行同步代码块的过程中，遇到异常而导致线程终止。

3. 在执行同步代码块的过程中，执行了锁所属对象的wait()方法，这个线程会释放锁，进入对象的等待池。

除了以上情况外，只要持有锁的线程还没有执行完同步代码块，就不会释放锁。

线程不会释放锁：

1.在执行同步代码块的过程中，执行了Thread.sleep()方法，当前线程放弃CPU，开始睡眠，在睡眠中不会释放锁。

2. 在执行同步代码块的过程中，执行了Thread.yield()方法，当前线程放弃CPU，但不会释放锁。

3.在执行同步代码块的过程中，其他线程执行了当前对象的suspend()方法，当前线程被暂停，但不会释放锁。但Thread类的suspend()方法已经被废弃。

六、线程安全

  摘自baike：

线程安全就是多线程访问时，采用了加锁机制，当一个线程访问该类的某个数据时，进行保护，其他线程不能进行访问直到该线程读取完，其他线程才可使用。不会出现数据不一致或者数据污染。 线程不安全就是不提供数据访问保护，有可能出现多个线程先后更改数据造成所得到的数据是脏数据。

比如一个 ArrayList 类，在添加一个元素的时候，它可能会有两步来完成：1. 在 Items[Size] 的位置存放此元素；2. 增大 Size 的值。

在单线程运行的情况下，如果 Size = 0，添加一个元素后，此元素在位置 0，而且 Size=1；

而如果是在多线程情况下，比如有两个线程，线程 A 先将元素1存放在位置 0。但是此时 CPU 调度线程A暂停，线程 B 得到运行的机会。线程B向此 ArrayList 添加元素2，因为此时 Size 仍然等于 0 （注意，我们假设的是添加一个元素是要两个步骤，而线程A仅仅完成了步骤1），所以线程B也将元素存放在位置0。然后线程A和线程B都继续运行，都增加 Size 的值，结果Size等于2。

那好，我们来看看 ArrayList 的情况，期望的元素应该有2个，而实际只有一个元素，造成丢失元素，而且Size 等于 2。这就是“线程不安全”了。

总的来说，要先明白变量、方法是属于类的还是对象的，或者还是局部变量。然后那些在线程间允许共享、哪些不允许。

（我所知道的）java的线程安全基本都是靠同步代码块来实现的。

1、线程不安全

  线程间的数据不可预测，例如线程A把成员变量从1修改成2，但线程2读取到的可能是1。（并发性）

public class ThreadSecurity {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable r1 = new Insecurity();
        Thread t1 = new Thread(r1,"Thread-A");
        Thread t2 = new Thread(r1,"Thread-B");
        Thread t3 = new Thread(r1,"Thread-C");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
/** 线程不安全 */
class Insecurity implements Runnable{
    private int i = 5;
    @Override
    public void run() {
        try {
            if(i == 5){
                Thread.sleep(2);// 设置小点，才能看出来
                i -- ;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：i=5");
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

以上的输出结果：

因为不是线程安全的，所以在线程Thread-A、Thread-B、Thread-C执行的时候都可能：i==5。即可能Thread-A在判断完if后，就把锁交给Thread-B了，此时Thread-B的if还是true。（这正好说明了线程间的并发，轮换执行。宏观上看着是一起执行的，因为轮换调度时间很短）

2、线程安全

/** 线程安全 */
class Security implements Runnable{
    private int i = 5;
    @Override
    public void run() {
        try {
            synchronized (this){
                if(i == 5){
                    Thread.sleep(2);
                    i -- ;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：i=5");
                }
            }

        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

以上demo，必定只会输出1次。

七、阻塞、死锁

  阻塞：线程A得到锁，线程B、C在等待。则对线程B、C是阻塞的。

  死锁：所有线程都在等待其它线程释放锁。（我在写oracle触发器的时候遇到过，事务A在等待事务B提交，事务B也在等待事务A提交。）

八、参考（以下是当初学习整理的博客文章，我也没认真看完，都是慢慢理解一点）

  Java线程：概念与原理

  Java多线程释放锁

  Java 线程讲解 - 系列

ps: 周末沉迷手游无法自拔，有几篇想总结的一直没写…而且，本来以为这篇会写很多，但回头一看，还是不知道自己写了些什么。哪来这么多时间年让我慢慢来了？

  手头项目要炸了，事前没有需求调查分析、需求转开发设计，有3张核心表都是1对1对1的，现在需求改要改成1对多、1对多。而且公司领导来一句2-3天能改好不，我就呵呵了。

  而且、而且、而且，这项目负责人居然被公司领导调到别的项目组了。我这项目加上我才3个人，还是3个新人，2个代码1个运维。

  本汪的内心不是崩溃的，早就被这些公司折磨碎了，心好累…好想回到农村，当一只骄傲的中华田园犬！