温故Java基础多线程编程—线程安全
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了温故Java基础多线程编程—线程安全相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
本文是多线程编程系列第二弹,想看温故Java基础(一)多线程编程——多线程入门:
https://blog.csdn.net/qq_26628329/article/details/89209019
二、线程安全
本文将从以下几个方面温故线程安全问题
什么是线程安全问题
如何解决线程安全问题
多线程死锁问题
多线程的三大特性
Java内存模型
volatile关键字
1.什么是线程安全问题
话不多说,先看一段代码:
public class MyRunnable implements Runnable {
private int count = 100;
@Override
public void run() {
while (count > 0) {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (Exception e) {
Log.d(TAG,"异常信息打印 e = "+e.toString());
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票");
}
}
}
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
MyRunnable runnable = new MyRunnable();
Thread t1 = new Thread(runnable, "线程①");
Thread t2 = new Thread(runnable, "线程②");
t1.start();
t2.start();
}
}
以上是一个熟知的案例两个窗口卖100张票,思考下,如果这种写法会有什么问题呢?看下打印的结果:
线程①,出售第1张票
线程②,出售第1张票
线程②,出售第3张票
线程①,出售第4张票
线程①,出售第5张票
线程②,出售第6张票
线程①,出售第7张票
线程②,出售第7张票
出现了线程①和线程②同时出售同一张票的情况,这是我们在现实需求中不想见到的。
想一下出现这个问题的原因,CPU在执行多线程时,在执行过程中可能随时切换到其他线程上执行,有可能出现多个线程同事操作同一个变量的情况。
总结一下,多个线程同时共享一个成员变量,对这个变量做更改,也就是写操作的时候可能会出现冲突问题,也就是线程安全问题。
2.如何解决线程安全问题
知道了出现上面线程安全问题的原因,想一下,那如果我们能保证一个线程在执行对变量写操作的时候,不让其他线程执行这部分的操作是不是就行了。Java中为我们提供了(synchronized修饰符)同步代码块技术解决这个问题。
同步代码块
同步函数
静态同步函数
使用同步代码块改造后的售票案例,如下:
public class MyRunnable implements Runnable {
private int count = 100;
private Object oj = new Object();
@Override
public void run() {
while (count > 0) {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (Exception e) {
Log.d(TAG,"异常信息打印 e = "+e.toString());
}
synchronized(oj){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票");
}
}
}
}
}
其中锁可以为任意对象,也可以是this。持有锁的线程可以执行同步代码块中的代码,没持有锁的线程,即使获得了CPU的执行权也只能等待锁被释放后抢到锁才能执行。同步代码块中的锁,在代码执行完自动释放。
同步的前提:
必须是两个及以上线程
必须是多个线程使用同一个锁
好处:解决多线程的安全问题;弊端:多个线程需要判断锁,抢锁较为消耗资源
同步代码块写法:
synchronized(对象锁){
需要被同步的代码
}
同步函数写法:
public synchronized void methodA(){
需要同步的代码
}
静态同步函数写法:
public static synchronized void methodA(){
需要同步的代码
}
跟同步函数相比方法上多了一个static修饰符,下面说一下静态同步函数和非静态同步函数的区别:
a.同步使用的锁是this对象锁
证明方式:一个线程使用同步代码块(this锁)一个线程使用同步函数,如果两个线程售票出现数据错误,证明不是this锁。看代码:
class MyRunnable2 implements Runnable {
private int count = 100;
public boolean flag = true;
@Override
public void run() {
if (flag) {
while (count > 0) {
synchronized (this) {
if (count > 0) {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票");
count--;
}
}
}
} else {
while (count > 0) {
sale();
}
}
}
public synchronized void sale() {
if (count > 0) {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票");
count--;
}
}
}
public class ThreadDemo2 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MyRunnable2 myRunnable2 = new MyRunnable2();
Thread t1 = new Thread(myRunnable2, "①号窗口");
Thread t2 = new Thread(myRunnable2, "②号窗口");
t1.start();
Thread.sleep(40);
threadTrain1.flag = false;
t2.start();
}
}
b.静态同步函数使用的锁是类的字节码文件 ×××.class不是同一个对象
证明方式与1类似不再重复。
3. 多线程死锁问题
两个问题:什么是死锁?为什么会发生死锁现象?
a.什么是多线程死锁?
同步中嵌套同步,导致锁无法释放
看下如下代码:
class MyRunnable3 implements Runnable {
private int trainCount = 100;
public boolean flag = true;
private Object ob = new Object();
@Override
public void run() {
if (flag) {
while (true) {
synchronized (ob) {
sale();
}
}
} else {
while (true) {
sale();
}
}
}
public synchronized void sale() {
synchronized (ob) {
if (trainCount > 0) {
try {
Thread.sleep(40);
} catch (Exception e) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (100 - trainCount + 1) + "张票.");
trainCount--;
}
}
}
}
public class DeadlockThread {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MyRunnable3 myRunnable3 = new MyRunnable3();
Thread thread1 = new Thread(myRunnable3, "①窗口");
Thread thread2 = new Thread(myRunnable3, "②窗口");
thread1.start();
Thread.sleep(40);
threadTrain.flag = false;
thread2.start();
}
}
b.为什么会发生死锁现象?上述代码中,
线程1先拿到同步代码块中的ob锁,然后再拿到同步函数中的this锁;
线程2先拿到同步函数中的this锁,然后再拿到同步代码块中的ob锁。
同步中嵌套同步,互相不释放锁。
c.如何避免死锁?
不要在同步中嵌套同步
4.多线程的三大特性
a.原子性
一个或多个操作,要么全部执行,并且不会被打断,要么都不执行。例如银行转账,一个账户做减法,一个账户做加法,这两个操作必须具备原子性才不会出现差错。原子性保证了数据的一致性。
b.可见性
多个线程共享一个变量,做写操作时,一个线程修改这个变量的值,其他线程能够立即看到修改的值
c.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。
5.Java内存模型
Java内存模型即共享内存模型,简称JMM,它决定一个线程对共享变量写入时,能对另一个线程可见。线程之间的共享变量存储在主内存中,每个线程都有一个私有的本地内存,本地内存中存储了改线程读写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念,并不真实存在。它涵盖了缓存,写缓冲区,寄存器以及其他的硬件和编译器优化。
来看一张图简单梳理下JMM:
6.volatile关键字
a.volatile有什么用
让多线程的共享变量在诸线程间可见
class ThreadVolatileDemo extends Thread {
public boolean flag = true;
@Override
public void run() {
System.out.println("开始执行子线程....");
while (flag) {
}
System.out.println("线程停止");
}
public void setRuning(boolean flag) {
this.flag = flag;
}
}
public class ThreadVolatile {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ThreadVolatileDemo threadVolatileDemo = new ThreadVolatileDemo();
threadVolatileDemo.start();
Thread.sleep(3000);
threadVolatileDemo.setRuning(false);
System.out.println("flag 已经设置成false");
Thread.sleep(1000);
System.out.println(threadVolatileDemo.flag);
}
}
运行:
开始执行子线程....
代码中我们已经设置setRuning(false)了,为什么感觉不起作用呢?
根据上面的Java内存模型知道,线程间不可见,本地内存读取的是主内存的副本,主内存改变值了,本地内存并没有取主内存拿改变后的值。
解决:使用volatile 修饰flag
public volatile boolean flag = true;
保证共享变量可见性。
b.volatile的非原子性
可以使用原子类:
public class VolatileNoAtomic extends Thread {
static int count = 0;
private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
//等同于i++
atomicInteger.incrementAndGet();
}
System.out.println(atomicInteger);
}
public static void main(String[] args) {
// 初始化10个线程
VolatileNoAtomic[] volatileNoAtomic = new VolatileNoAtomic[10];
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 创建
volatileNoAtomic[i] = new VolatileNoAtomic();
}
for (int i = 0; i < volatileNoAtomic.length; i++) {
volatileNoAtomic[i].start();
}
}
}
c.volatile和synchronized区别
仅靠volatile不能保证线程的安全性。(原子性)
①volatile轻量级,只能修饰变量。synchronized重量级,还可修饰方法
②volatile只能保证数据的可见性,不能用来同步,因为多个线程并发访问volatile修饰的变量不会阻塞。
synchronized不仅保证可见性,而且还保证原子性,因为,只有获得了锁的线程才能进入临界区,从而保证临界区中的所有语句都全部执行。多个线程争抢synchronized锁对象时,会出现阻塞。
线程安全性
线程安全性包括两个方面,①可见性。②原子性。
从上面自增的例子中可以看出:仅仅使用volatile并不能保证线程安全性。而synchronized则可实现线程的安全性。欢迎关注干货分享: 参考阅读:
https://www.cnblogs.com/cb0327/p/4986286.html#_label6
以上是关于温故Java基础多线程编程—线程安全的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章
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