解决线程安全的三种方法

Posted 2021-03-11 yangzhixue

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 “上海堡垒”，本次电影的座位共50个(只能卖50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50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

模拟买票：

public class Ticket implements Runnable { 
  private int ticket = 50; 
  /*
  *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(50);
           } catch (InterruptedException e) { 
              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 class Demo { 
     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(); 
    } 
}

结果中有一部分这样现象：

 

发现程序出现了两个问题：

   1. 相同的票数,比如5这张票被卖了两回。

   2. 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。

 

2. 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。

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：

    1. 同步代码块

    2. 同步方法

    3. 锁机制 

 

这就是我们要解决线程安全的三种方式。

 

 2.1 同步代码块

  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.

 1. 锁对象 可以是任意类型。

  2. 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 = 50; 
  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(50); } 
                catch (InterruptedException e) { 
                    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‐‐); 
              } 
         }
      }
   }
}

当使用了同步代码块后，上述的线程的安全问题，解决了。

 

2.2 同步方法

 

  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 = 50; 
  /*
  * 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(); 
    } 
}

/** 锁对象 是 谁调用这个方法 就是谁
 * 隐含 锁对象 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) { 
                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‐‐); 
           } 
      } 
}

2.3 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： 

public class Ticket implements Runnable{ 
      private int ticket = 50; 
      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(50);
             } catch (InterruptedException e) { 
                 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(); 
        } 
     } 
}