摘要：多線程訪問了共用的數據,會產生線程安全問題。 本文分享自華為雲社區《多線程安全問題原理和解決辦法Synchronized和ReentrantLock使用與區別》，作者：共飲一杯無。 線程安全問題概述 賣票問題分析 單視窗賣票 一個視窗(單線程)賣100張票沒有問題單線程程式是不會出現線程安全問 ...
摘要：多線程訪問了共用的數據,會產生線程安全問題。
本文分享自華為雲社區《多線程安全問題原理和解決辦法Synchronized和ReentrantLock使用與區別》，作者：共飲一杯無。
線程安全問題概述
賣票問題分析
- 單視窗賣票
一個視窗(單線程)賣100張票沒有問題
單線程程式是不會出現線程安全問題的
- 多個視窗賣不同的票
3個視窗一起賣票,賣的票不同,也不會出現問題
多線程程式,沒有訪問共用數據,不會產生問題
- 多個視窗賣相同的票
3個視窗賣的票是一樣的,就會出現安全問題
多線程訪問了共用的數據,會產生線程安全問題
線程安全問題代碼實現
模擬賣票案例
創建3個線程,同時開啟,對共用的票進行出售
public class Demo01Ticket { public static void main(String[] args) { //創建Runnable介面的實現類對象 RunnableImpl run = new RunnableImpl(); //創建Thread類對象,構造方法中傳遞Runnable介面的實現類對象 Thread t0 = new Thread(run); Thread t1 = new Thread(run); Thread t2 = new Thread(run); //調用start方法開啟多線程 t0.start(); t1.start(); t2.start(); } } public class RunnableImpl implements Runnable{ //定義一個多個線程共用的票源 private int ticket = 100; //設置線程任務:賣票 @Override public void run() { //使用死迴圈,讓賣票操作重覆執行 while(true){ //先判斷票是否存在 if(ticket>0){ //提高安全問題出現的概率,讓程式睡眠 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //票存在,賣票 ticket-- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在賣第"+ticket+"張票"); ticket--; } } } }
線程安全問題原理分析
線程安全問題產生原理圖
分析：線程安全問題正常是不允許產生的,我們可以讓一個線程在訪問共用數據的時候,無論是否失去了cpu的執行權;讓其他的線程只能等待,等待當前線程賣完票,其他線程在進行賣票。
解決線程安全問題辦法1-synchronized同步代碼塊
同步代碼塊：synchronized 關鍵字可以用於方法中的某個區塊中，表示只對這個區塊的資源實行互斥訪問。
使用synchronized同步代碼塊格式:
synchronized(鎖對象){
可能會出現線程安全問題的代碼(訪問了共用數據的代碼)
}
代碼實現如下：
public class Demo01Ticket { public static void main(String[] args) { //創建Runnable介面的實現類對象 RunnableImpl run = new RunnableImpl(); //創建Thread類對象,構造方法中傳遞Runnable介面的實現類對象 Thread t0 = new Thread(run); Thread t1 = new Thread(run); Thread t2 = new Thread(run); //調用start方法開啟多線程 t0.start(); t1.start(); t2.start(); } } public class RunnableImpl implements Runnable{ //定義一個多個線程共用的票源 private int ticket = 100; //創建一個鎖對象 Object obj = new Object(); //設置線程任務:賣票 @Override public void run() { //使用死迴圈,讓賣票操作重覆執行 while(true){ //同步代碼塊 synchronized (obj){ //先判斷票是否存在 if(ticket>0){ //提高安全問題出現的概率,讓程式睡眠 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //票存在,賣票 ticket-- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在賣第"+ticket+"張票"); ticket--; } } } } }
⚠️註意:
- 代碼塊中的鎖對象,可以使用任意的對象。
- 但是必須保證多個線程使用的鎖對象是同一個。
- 鎖對象作用：把同步代碼塊鎖住,只讓一個線程在同步代碼塊中執行。
同步技術原理分析
同步技術原理：
使用了一個鎖對象,這個鎖對象叫同步鎖,也叫對象鎖,也叫對象監視器
3個線程一起搶奪cpu的執行權,誰搶到了誰執行run方法進行賣票。
- t0搶到了cpu的執行權,執行run方法,遇到synchronized代碼塊這時t0會檢查synchronized代碼塊是否有鎖對象
發現有,就會獲取到鎖對象,進入到同步中執行
- t1搶到了cpu的執行權,執行run方法,遇到synchronized代碼塊這時t1會檢查synchronized代碼塊是否有鎖對象
發現沒有,t1就會進入到阻塞狀態，會一直等待t0線程歸還鎖對象，t0線程執行完同步中的代碼,會把鎖對象歸 還給同步代碼塊t1才能獲取到鎖對象進入到同步中執行
總結:同步中的線程,沒有執行完畢不會釋放鎖,同步外的線程沒有鎖進不去同步。
解決線程安全問題辦法2-synchronized普通同步方法
同步方法:使用synchronized修飾的方法,就叫做同步方法,保證A線程執行該方法的時候,其他線程只能在方法外等著。
格式：
public synchronized void payTicket(){
可能會出現線程安全問題的代碼(訪問了共用數據的代碼)
}
代碼實現：
public /**synchronized*/ void payTicket(){ synchronized (this){ //先判斷票是否存在 if(ticket>0){ //提高安全問題出現的概率,讓程式睡眠 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //票存在,賣票 ticket-- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在賣第"+ticket+"張票"); ticket--; } } }
分析：
定義一個同步方法，同步方法也會把方法內部的代碼鎖住，只讓一個線程執行。
同步方法的鎖對象是誰?
就是實現類對象 new RunnableImpl()，也是就是this，所以同步方法是鎖定的this對象。
解決線程安全問題辦法3-synchronized靜態同步方法
同步方法:使用synchronized修飾的方法,就叫做同步方法,保證A線程執行該方法的時候,其他線程只能在方法外等著。對於static方法,我們使用當前方法所在類的位元組碼對象(類名.class)。
格式：
public static synchronized void payTicket(){
可能會出現線程安全問題的代碼(訪問了共用數據的代碼)
}
代碼實現：
public static /**synchronized*/ void payTicketStatic(){ synchronized (RunnableImpl.class){ //先判斷票是否存在 if(ticket>0){ //提高安全問題出現的概率,讓程式睡眠 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //票存在,賣票 ticket-- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在賣第"+ticket+"張票"); ticket--; } } }
分析：
靜態的同步方法鎖對象是誰?
不能是this,this是創建對象之後產生的,靜態方法優先於對象
靜態方法的鎖對象是本類的class屬性–>class文件對象(反射)。
解決線程安全問題辦法4-Lock鎖
Lock介面中的方法:
- public void lock() :加同步鎖。
- public void unlock() :釋放同步鎖
使用步驟:
- 在成員位置創建一個ReentrantLock對象
- 在可能會出現安全問題的代碼前調用Lock介面中的方法lock獲取鎖
- 在可能會出現安全問題的代碼後調用Lock介面中的方法unlock釋放鎖
代碼實現：
public class RunnableImpl implements Runnable{ //定義一個多個線程共用的票源 private int ticket = 100; //1.在成員位置創建一個ReentrantLock對象 Lock l = new ReentrantLock(); //設置線程任務:賣票 @Override public void run() { //使用死迴圈,讓賣票操作重覆執行 while(true){ //2.在可能會出現安全問題的代碼前調用Lock介面中的方法lock獲取鎖 l.lock(); try { //先判斷票是否存在 if(ticket>0) { //提高安全問題出現的概率,讓程式睡眠 Thread.sleep(10); //票存在,賣票 ticket-- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->正在賣第" + ticket + "張票"); ticket--; } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }finally { l.unlock(); //3.在可能會出現安全問題的代碼後調用Lock介面中的方法unlock釋放鎖 //無論程式是否異常,都會把鎖釋放 } } }
分析：
java.util.concurrent.locks.Lock介面
Lock 實現提供了比使用 synchronized 方法和語句可獲得的更廣泛的鎖定操作。相比Synchronized，ReentrantLock類提供了一些高級功能，主要有以下3項：
1.等待可中斷，持有鎖的線程長期不釋放的時候，正在等待的線程可以選擇放棄等待，這相當於Synchronized來說可以避免出現死鎖的情況。通過lock.lockInterruptibly()來實現這個機制。
2.公平鎖，多個線程等待同一個鎖時，必須按照申請鎖的時間順序獲得鎖，Synchronized鎖非公平鎖，ReentrantLock預設的構造函數是創建的非公平鎖，可以通過參數true設為公平鎖，但公平鎖表現的性能不是很好。
公平鎖、非公平鎖的創建方式：
//創建一個非公平鎖，預設是非公平鎖 Lock lock = new ReentrantLock(); Lock lock = new ReentrantLock(false); //創建一個公平鎖，構造傳參true Lock lock = new ReentrantLock(true);
3.鎖綁定多個條件，一個ReentrantLock對象可以同時綁定多個對象。ReenTrantLock提供了一個Condition（條件）類，用來實現分組喚醒需要喚醒的線程們，而不是像synchronized要麼隨機喚醒一個線程要麼喚醒全部線程。
ReentrantLock和Synchronized的區別
相同點：
- 它們都是加鎖方式同步；
- 都是重入鎖；
- 阻塞式的同步；也就是說當如果一個線程獲得了對象鎖，進入了同步塊，其他訪問該同步塊的線程都必須阻塞在同步塊外面等待，而進行線程阻塞和喚醒的代價是比較高的（操作系統需要在用戶態與內核態之間來回切換，代價很高，不過可以通過對鎖優化進行改善）；
不同點：
