一、线程并发同步概念
线程同步其核心就在于一个“同”。所谓“同”就是协同、协助、配合，“同步”就是协同步调昨，也就是按照预定的先后顺序进行运行，即“你先，我等， 你做完，我再做”。
线程同步，就是当线程发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不会返回，其他线程也不能调用该方法。
就一般而言，我们在说同步、异步的时候，特指那些需要其他组件来配合或者需要一定时间来完成的任务。在多线程编程里面，一些较为敏感的数据时不允许被多个线程同时访问的，使用线程同步技术，确保数据在任何时刻最多只有一个线程访问，保证数据的完整性。
二、线程同步中可能存在安全隐患
用生活中的场景来举例：小生去银行开个银行账户，银行给 me 一张银行卡和一张存折，小生用银行卡和存折来搞事情：
银行卡疯狂存钱，存完一次就看一下余额；同时用存折子不停地取钱，取一次钱就看一下余额；
具体代码实现如下：
先弄一个银行账户对象，封装了存取插钱的方法：
1 package com.test.threadDemo2; 2 3 /** 4 * 银行账户 5 * @author Administrator 6 * 7 */ 8 public class Acount { 9 private int count=0; 10 11 /** 12 * 存钱 13 * @param money 14 */ 15 public void addAcount(String name,int money) { 16 17 // 存钱 18 count += money; 19 System.out.println(name+"...存入："+money+"..."+Thread.currentThread().getName()); 20 SelectAcount(name); 21 22 } 23 24 /** 25 * 取钱 26 * @param money 27 */ 28 public void subAcount(String name,int money) { 29 30 // 先判断账户现在的余额是否够取钱金额 31 if(count-money < 0){ 32 System.out.println("账户余额不足！"); 33 return; 34 } 35 // 取钱 36 count -= money; 37 System.out.println(name+"...取出："+money+"..."+Thread.currentThread().getName()); 38 SelectAcount(name); 39 40 } 41 42 /** 43 * 查询余额 44 */ 45 public void SelectAcount(String name) { 46 System.out.println(name+"...余额："+count); 47 } 48 }
编写银行卡对象：
1 package com.test.threadDemo2; 2 /** 3 * 银行卡负责存钱 4 * @author Administrator 5 * 6 */ 7 public class Card implements Runnable{ 8 private String name; 9 private Account account = new Account(); 10 11 public Card(String name,Account account) { 12 this.account = account; 13 this.name = name; 14 } 15 16 @Override 17 public void run() { 18 19 while(true) { 20 try { 21 Thread.sleep(1000); 22 } catch (InterruptedException e) { 23 e.printStackTrace(); 24 } 25 account.addAccount(name,100);26 } 27 } 28 29 }
编写存折对象（和银行卡方法几乎一模一样，就是名字不同而已）：
package com.test.threadDemo2; /** * 存折负责取钱 * @author Administrator * */ public class Paper implements Runnable{ private String name; private Account account = new Account(); public Paper(String name,Account account) { this.account = account; this.name = name; } @Override public void run() { while(true) { try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } account.subAccount(name,50); } } }
主方法测试，演示银行卡疯狂存钱，存折疯狂取钱：
1 package com.test.threadDemo2; 2 3 public class ThreadDemo2 { 4 public static void main(String[] args) { 5 6 // 开个银行帐号 7 Account account = new Account(); 8 // 开银行帐号之后银行给张银行卡 9 Card card = new Card("card",account); 10 // 开银行帐号之后银行给张存折 11 Paper paper = new Paper("存折",account); 12 13 Thread thread1 = new Thread(card); 14 Thread thread2 = new Thread(paper); 15 16 thread1.start(); 17 thread2.start(); 18 } 19 }
结果显示：从中可以看出 bug
从上面的例子里就可以看出，银行卡存钱和存折取钱的过程中使用了 sleep() 方法，这只不过是小生模拟“系统卡顿”现象：银行卡存钱之后，还没来得及查余额，存折就在取钱，刚取完钱，银行卡这边“卡顿”又好了，查询一下余额，发现钱存的数量不对！当然还有“卡顿”时间比较长，存折在卡顿的过程中，把钱全取了，等银行卡这边“卡顿”好了，一查发现钱全没了的情况可能。
因此多个线程一起访问共享的数据的时候，就会可能出现数据不同步的问题，本来一个存钱的时候不允许别人打断我（当然实际中可以存在刚存就被取了，有交易记录在，无论怎么动这个帐号，都是自己的银行卡和存折在动钱。小生这个例子里，要求的是存钱和查钱是一个完整过程，不可以拆分开），但从结果来看，并没有实现小生想要出现的效果，这破坏了线程“原子性”。
三、线程同步中可能存在安全隐患的解决方法
从上面的例子中可以看出线程同步中存在安全隐患，我们必须不能忽略，所以要引入“锁”（术语叫监听器）的概念：
3.1 同步代码块：
使用 synchronized() 对需要完整执行的语句进行“包裹”，synchronized(Obj obj) 构造方法里是可以传入任何类的对象，
但是既然是监听器就传一个唯一的对象来保证“锁”的唯一性，因此一般使用共享资源的对象来作为 obj 传入 synchronized(Obj obj) 里：
只需要锁 Account 类中的存钱取钱方法就行了：
package com.test.threadDemo2; /** * 银行账户 * @author Administrator * */ public class Acount { private int count=0; /** * 存钱 * @param money */ public void addAcount(String name,int money) { synchronized(this) { // 存钱 count += money; System.out.println(name+"...存入："+money+"..."+Thread.currentThread().getName()); SelectAcount(name); } } /** * 取钱 * @param money */ public void subAcount(String name,int money) { synchronized(this) { // 先判断账户现在的余额是否够取钱金额 if(count-money < 0){ System.out.println("账户余额不足！"); return; } // 取钱 count -= money; System.out.println(name+"...取出："+money+"..."+Thread.currentThread().getName()); SelectAcount(name); } } /** * 查询余额 */ public void SelectAcount(String name) { System.out.println(name+"...余额："+count); } }
3.2 同步方法
者在方法的申明里申明 synchronized 即可：
1 package com.test.threadDemo2; 2 /** 3 * 银行账户 4 * @author Administrator 5 * 6 */ 7 public class Acount { 8 private int count; 9 10 /** 11 * 存钱 12 * @param money 13 */ 14 public synchronized void addAcount(String name,int money) { 15 // 存钱 16 count += money; 17 System.out.println(name+"...存入："+money); 18 } 19 20 /** 21 * 取钱 22 * @param money 23 */ 24 public synchronized void subAcount(String name,int money) { 25 // 先判断账户现在的余额是否够取钱金额 26 if(count-money < 0){ 27 System.out.println("账户余额不足！"); 28 return; 29 } 30 // 取钱 31 count -= money; 32 System.out.println(name+"...取出："+money); 33 } 34 35 /** 36 * 查询余额 37 */ 38 public void SelectAcount(String name) { 39 System.out.println(name+"...余额："+count); 40 } 41 }
运行效果：
3.3 使用同步锁：
account 类创建私有的 ReetrantLock 对象，调用 lock() 方法，同步执行体执行完毕之后，需要用 unlock() 释放锁。
package com.test.threadDemo2; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; /** * 银行账户 * @author Administrator * */ public class Acount { private int count; private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); /** * 存钱 * @param money */ public void addAcount(String name,int money) { lock.lock(); try{ // 存钱 count += money; System.out.println(name+"...存入："+money); }finally { lock.unlock(); } } /** * 取钱 * @param money */ public void subAcount(String name,int money) { lock.lock(); try{ // 先判断账户现在的余额是否够取钱金额 if(count-money < 0){ System.out.println("账户余额不足！"); return; } // 取钱 count -= money; System.out.println(name+"...取出："+money); }finally { lock.unlock(); } } /** * 查询余额 */ public void SelectAcount(String name) { System.out.println(name+"...余额："+count); } }
运行效果：
四、死锁
当线程需要同时持有多个锁时，有可能产生死锁。考虑如下情形：
线程 A 当前持有互斥所锁 lock1，线程 B 当前持有互斥锁 lock2。
接下来，当线程 A 仍然持有 lock1 时，它试图获取 lock2，因为线程 B 正持有 lock2，因此线程 A 会阻塞等待线程 B 对 lock2 的释放。
如果此时线程 B 在持有 lock2 的时候，也在试图获取 lock1，因为线程 A 正持有 lock1，因此线程 B 会阻塞等待 A 对 lock1 的释放。
二者都在等待对方所持有锁的释放，而二者却又都没释放自己所持有的锁，这时二者便会一直阻塞下去。这种情形称为死锁。
1 package com.testDeadLockDemo; 2 3 public class LockA { 4 5 private LockA(){} 6 7 public static final LockA lockA = new LockA(); 8 }
1 package com.testDeadLockDemo; 2 3 public class LockB { 4 private LockB(){} 5 6 public static final LockB lockB = new LockB(); 7 }
package com.testDeadLockDemo; public class DeadLock implements Runnable{ private int i=0; @Override public void run() { while(true) { if(i%2==0){ synchronized(LockA.lockA) { System.out.println("if...lockA"); synchronized(LockB.lockB) { System.out.println("if...lockB"); } } }else { synchronized(LockB.lockB) { System.out.println("else...lockB"); synchronized(LockA.lockA) { System.out.println("else...lockA"); } } } i++; } } }
测试：
1 package com.testDeadLockDemo; 2 3 public class Test { 4 public static void main(String[] args) { 5 DeadLock deadLock = new DeadLock(); 6 7 Thread t1 = new Thread(deadLock); 8 Thread t2 = new Thread(deadLock); 9 t1.start(); 10 t2.start(); 11 12 } 13 }
运行结果：
五、线程通信
在共享资源中增加镖旗，当镖旗为真的时候才可以存钱，存完了就把镖旗设置成假，当取款的时候发现镖旗为假的时候，可以取款，取完款就把镖旗设置为真。
只需修改 Account 类 和 测试类 即可
1 package com.test.threadDemo2; 2 3 /** 4 * 银行账户 5 * @author Administrator 6 * 7 */ 8 public class Acount { 9 private boolean flag=false; // 默认flag 为false，要求必须先存款再取款 10 private int count=0; 11 12 /** 13 * 存钱 14 * @param money 15 */ 16 public void addAcount(String name,int money) { 17 synchronized(this) { 18 // flag 为true 表示可以存款，否则不可以存款 19 if(flag) { 20 try { 21 this.wait(); 22 } catch (InterruptedException e) { 23 // TODO Auto-generated catch block 24 e.printStackTrace(); 25 } 26 }else { 27 // 存钱 28 count += money; 29 System.out.println(name+"...存入："+money+"..."+Thread.currentThread().getName()); 30 SelectAcount(name); 31 flag = true; 32 this.notifyAll(); 33 } 34 } 35 } 36 37 /** 38 * 取钱 39 * @param money 40 */ 41 public void subAcount(String name,int money) { 42 synchronized(this) { 43 if(!flag) { 44 try { 45 this.wait(); 46 } catch (InterruptedException e) { 47 e.printStackTrace(); 48 } 49 }else { 50 // 先判断账户现在的余额是否够取钱金额 51 if(count-money < 0){ 52 System.out.println("账户余额不足！"); 53 return; 54 } 55 // 取钱 56 count -= money; 57 System.out.println(name+"...取出："+money+"..."+Thread.currentThread().getName()); 58 SelectAcount(name); 59 flag = false; 60 this.notifyAll(); 61 } 62 } 63 } 64 65 /** 66 * 查询余额 67 */ 68 public void SelectAcount(String name) { 69 System.out.println(name+"...余额："+count); 70 } 71 }
1 package com.test.threadDemo2; 2 3 public class ThreadDemo2 { 4 public static void main(String[] args) { 5 6 // 开个银行帐号 7 Acount acount = new Acount(); 8 9 // 开银行帐号之后银行给张银行卡 10 Card card1 = new Card("card1",acount); 11 Card card2 = new Card("card2",acount); 12 Card card3 = new Card("card3",acount); 13 14 // 开银行帐号之后银行给张存折 15 Paper paper1 = new Paper("paper1",acount); 16 Paper paper2 = new Paper("paper2",acount); 17 18 // 创建三个银行卡 19 Thread thread1 = new Thread(card1,"card1"); 20 Thread thread2 = new Thread(card2,"card2"); 21 Thread thread3 = new Thread(card3,"card3"); 22 // 创建两个存折 23 Thread thread4 = new Thread(paper1,"paper1"); 24 Thread thread5 = new Thread(paper2,"paper2"); 25 26 thread1.start(); 27 thread2.start(); 28 thread3.start(); 29 30 thread4.start(); 31 thread5.start(); 32 } 33 }
运行结果：
使用同步锁也可以达到相同的目的：
package com.test.threadDemo2; import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; /** * 银行账户 * @author Administrator * */ public class Acount2 { private boolean flag=false; // 默认flag 为false，要求必须先存款再取款 private int count=0; private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); private final Condition condition = lock.newCondition(); /** * 存钱 * @param money */ public void addAcount(String name,int money) { lock.lock(); try { // flag 为true 表示可以存款，否则不可以存款 if(flag) { try { condition.await(); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } }else { // 存钱 count += money; System.out.println(name+"...存入："+money+"..."+Thread.currentThread().getName()); SelectAcount(name); flag = true; condition.signalAll(); } }finally { lock.unlock(); } } /** * 取钱 * @param money */ public void subAcount(String name,int money) { lock.lock(); try { if(!flag) { try { condition.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }else { // 先判断账户现在的余额是否够取钱金额 if(count-money < 0){ System.out.println("账户余额不足！"); return; } // 取钱 count -= money; System.out.println(name+"...取出："+money+"..."+Thread.currentThread().getName()); SelectAcount(name); flag = false; condition.signalAll(); } }finally { lock.unlock(); } } /** * 查询余额 */ public void SelectAcount(String name) { System.out.println(name+"...余额："+count); } }