Java多线程：线程同步Synchronized同步和lock锁
线程同步
- 多个线程操作同一资源
- 并发：同一对象被多个线程同时操作：上万人同时抢100张票；两个银行同时取钱；
- 现实生活中,我们会遇到 ” 同一个资源 , 多个人都想使用 ” 的问题 , 比如,食堂排队打饭 , 每个人都想吃饭 , 最天然的解决办法就是 , 排队 . 一个个来.
- 处理多线程问题时 , 多个线程访问同一个对象 , 并且某些线程还想修改这个对象 .这时候我们就需要线程同步 . 线程同步其实就是一种等待机制 , 多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池 形成队列, 等待前面线程使用完毕 , 下一个线程再使用
同步问题：
案例一：
//线程同步问题一 :线程不安全,买票问题
public class UnsafeBuyTicket implements Runnable {
//票数
private int ticketNums = 10;
//标志位
private boolean flag = true;
@Override
public void run() {
//买票
while (flag) {
buyTicket();
}
}
public void buyTicket() {
if (ticketNums <= 0) {
flag = false;
return;
}
//模拟网络延时
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->拿到了第" + ticketNums-- + "张票");
}
public static void main(String[] args) {
UnsafeBuyTicket station = new UnsafeBuyTicket();
new Thread(station,"苦逼的我").start();
new Thread(station,"牛逼的你们").start();
new Thread(station,"可恶的黄牛党").start();
}
}
输出结果：
牛逼的你们–>拿到了第10张票
可恶的黄牛党–>拿到了第9张票
苦逼的我–>拿到了第8张票
苦逼的我–>拿到了第7张票
可恶的黄牛党–>拿到了第6张票
牛逼的你们–>拿到了第5张票
可恶的黄牛党–>拿到了第4张票
牛逼的你们–>拿到了第3张票
苦逼的我–>拿到了第2张票
牛逼的你们–>拿到了第1张票
可恶的黄牛党–>拿到了第0张票
苦逼的我–>拿到了第-1张票
注意我们看到了有0张票和-1张票的，说明了不安全。
案例二：
//银行(存钱:存了多少,取钱:去了多少) , 两个人 , 账户
//并发问题,线程不安全
public class UnsafeBank {
public static void main(String[] args) {
Account account = new Account(100,"招商卡");
Bank you = new Bank("痛苦的你",account,50);
Bank wife = new Bank("开心的媳妇",account,100);
you.start();
wife.start();
}
}
//账户
class Account{
int money;//余额
String name; //卡名
public Account(int money, String name) {
this.money = money;
this.name = name;
}
}
//银行
class Bank extends Thread{
//存钱:存了多少,取钱:取了多少
Account account; //账户
int drawingMoney; //取了多少钱
int nowMoney; //手里有多少钱
public Bank(String name,Account account,int drawingMoney){
super(name);
this.account = account;
this.drawingMoney = drawingMoney;
}
@Override
public void run() {
//判断能否取钱
if (account.money-drawingMoney<0){
return;
}
//为了放大问题发生性,我们加个延时.
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//余额 = 余额 - 你去走的钱
account.money = account.money - drawingMoney;
//你的钱 = 你的钱 + 你取的钱
nowMoney = drawingMoney + nowMoney;
System.out.println(this.account.name+"账户余额:"+account.money);
System.out.println(this.getName()+"手里的钱:"+nowMoney);
}
}
输出结果：
招商卡账户余额:-50
招商卡账户余额:-50
痛苦的你手里的钱:50
开心的媳妇手里的钱:100
注意*：输出结果中银行余额出现负值，不安全；
案例三：
//线程不安全问题3,集合操作
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
//思考?怎么让这些问题变安全.
public class UnSafeList {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
List list = new ArrayList();
for (int i = 0; i < 200000; i++) {
new Thread(()->{
list.add(Thread.currentThread().getName());
}).start();
}
for (int i = 5;i>0;i--){
Thread.sleep(1000);
System.out.println("倒计时"+i);
}
System.out.println(list.size());
}
}
输出结果:
倒计时5
倒计时4
倒计时3
倒计时2
倒计时1
199998
注意输出结果中没有到200000，不安全
队列和锁
- 由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间 , 在带来方便的同时,也带来了访问冲突问题 , 为了保证数据在方法中被访问时的正确性 , 在访问时加入 锁机制synchronized , 当一个线程获得对象的排它锁 , 独占资源 , 其他线程必须等待 ,使用后释放锁即可 .
- 存在以下问题 :
- 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起 ;
- 在多线程竞争下 , 加锁 , 释放锁会导致比较多的上下文切换 和 调度延时,引起性能问题 ;
- 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁 会导致优先级倒置 , 引起性能问题 .
同步方法
- 由于我们可以通过 private 关键字来保证数据对象只能被方法访问 , 所以我们只需要针对方法提出一套机制 , 这套机制就是 synchronized 关键字 , 它包括两种用法 :
- synchronized 方法 和synchronized 块 ：
同步方法 : public synchronized void method(int args) {}
synchronized方法控制对 “对象” 的访问 , 每个对象对应一把锁 , 每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行 , 否则线程会阻塞 ；
方法一旦执行 , 就独占该锁 , 直到该方法返回才释放锁 , 后面被阻塞的线程才能获得这个锁 , 继续执行；
缺陷 : 若将一个大的方法申明为synchronized 将会影响效率
- 同步方法的弊端
方法里面需要修改的内容才需要锁,
锁的太多 , 浪费资源
同步块：
同步块 : synchronized (Obj ) { }
Obj 称之为 同步监视器
Obj 可以是任何对象 , 但是推荐使用共享资源作为同步监视器
同步方法中无需指定同步监视器 , 因为同步方法的同步监视器就是this , 就是这个对象本身 , 或者是 class [ 反射中讲解 ]
- 同步监视器的执行过程
- 第一个线程访问 , 锁定同步监视器 , 执行其中代码 .
- 第二个线程访问 , 发现同步监视器被锁定 , 无法访问 .
- 第一个线程访问完毕 , 解锁同步监视器 .
- 第二个线程访问, 发现同步监视器没有锁 , 然后锁定并访问
案例一：
public class SafeBuyTicket implements Runnable {
//票数
private int ticketNums = 10;
//标志位
private boolean flag = true;
@Override
public void run() {
//买票
while (flag) {
buyTicket();
}
}
//同步方法,关键词synchroinzed.
//关键字是锁
//实现的机制是队列
//还能所反射的那个class
public synchronized void buyTicket() {
if (ticketNums <= 0) {
flag = false;
return;
}
//模拟网络延时
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->拿到了第" + ticketNums-- + "张票");
}
public static void main(String[] args) {
SafeBuyTicket station = new SafeBuyTicket();
new Thread(station,"苦逼的我").start();
new Thread(station,"牛逼的你们").start();
new Thread(station,"可恶的黄牛党").start();
}
}
输出结果：
苦逼的我–>拿到了第10张票
苦逼的我–>拿到了第9张票
苦逼的我–>拿到了第8张票
苦逼的我–>拿到了第7张票
可恶的黄牛党–>拿到了第6张票
可恶的黄牛党–>拿到了第5张票
可恶的黄牛党–>拿到了第4张票
牛逼的你们–>拿到了第3张票
牛逼的你们–>拿到了第2张票
牛逼的你们–>拿到了第1张票
案例二：
public class SafeBank {
public static void main(String[] args) {
Account2 account = new Account2(100,"招商卡");
Bank2 you = new Bank2("痛苦的你",account,50);
Bank2 wife = new Bank2("开心的媳妇",account,100);
you.start();
wife.start();
}
}
//账户
//实体类
class Account2{
int money;//余额
String name; //卡名
public Account2(int money, String name) {
this.money = money;
this.name = name;
}
}
//银行
class Bank2 extends Thread{
//存钱:存了多少,取钱:取了多少
Account2 account; //账户
int drawingMoney; //取了多少钱
int nowMoney; //手里有多少钱
public Bank2(String name,Account2 account,int drawingMoney){
super(name);
this.account = account;
this.drawingMoney = drawingMoney;
}
@Override
public void run() {
drwaing();
}
//synchronized本身锁的是this.就是这个对象本身
public void drwaing(){
//提高性能的代码
if (account.money<=0){
return;
}
//如何判断锁的对象
// 谁需要实现增删改就去锁定他
synchronized (account){
//判断能否取钱
if (account.money-drawingMoney<0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"活该,没取到钱");
return;
}
//为了放大问题发生性,我们加个延时.
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//余额 = 余额 - 你去走的钱
account.money = account.money - drawingMoney;
//你的钱 = 你的钱 + 你取的钱
nowMoney = drawingMoney + nowMoney;
System.out.println(this.account.name+"账户余额:"+account.money);
System.out.println(this.getName()+"手里的钱:"+nowMoney);
}
}
}
输出结果：
招商卡账户余额:50
痛苦的你手里的钱:50
开心的媳妇活该,没取到钱
注意银行卡没有出现负数，安全；
案例三：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
//JUC并发编程 , 保证线程安全的一些类.
public class SafeList {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
List list = new ArrayList();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(()->{
synchronized (list){
list.add(Thread.currentThread().getName());
}
}).start();
}
for (int i = 5;i>0;i--){
Thread.sleep(1000);
System.out.println("倒计时"+i);
}
System.out.println(list.size());
}
}
输出结果：
倒计时5
倒计时4
倒计时3
倒计时2
倒计时1
10000
注意结果安全
案例三（2）：
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
public class SafeJUCList {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//保证线程安全的list , ArrayList
CopyOnWriteArrayList list = new CopyOnWriteArrayList();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(()->{
list.add(Thread.currentThread().getName());
}).start();
}
for (int i = 5;i>0;i--){
Thread.sleep(1000);
System.out.println("倒计时"+i);
}
System.out.println(list.size());
}
}
输出结果：
倒计时5
倒计时4
倒计时3
倒计时2
倒计时1
10000
注意输出结果安全
Lock(锁)
- 从JDK 5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当
- java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象
- ReentrantLock 类实现了 Lock ，它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁。
class A{
private final ReentrantLock lock = new ReenTrantLock();
public void m(){
lock.lock();
try{
//保证线程安全的代码;
}
finally{
lock.unlock();
//如果同步代码有异常，要将unlock()写入finally语句块
}
}
案例：
Lock锁
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class TestLock {
public static void main(String[] args) {
HelloWorld helloWorld = new HelloWorld();
new Thread(helloWorld).start();
new Thread(helloWorld).start();
}
}
class HelloWorld implements Runnable{
int ticketNums = 100;
//可重入锁
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true){
try {
lock.lock(); //加锁
//判断是否有票
if (ticketNums>0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(ticketNums--);
}else {
break;
}
} finally {
lock.unlock();//解锁
}
}
}
}
死锁
- 多个线程各自占有一些共享资源 , 并且互相等待其他线程占有的资源才能运行 , 而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源 , 都停止执行的情形 .
- 某一个同步块同时拥有 “ 两个以上对象的锁 ” 时 , 就可能会发生 “ 死锁 ” 的问题 .
死锁避免方法：
- 产生死锁的四个必要条件：
- 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
- 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放
- 不剥夺条件 : 进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
- 循环等待条件 : 若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。
上面列出了死锁的四个必要条件，我们只要想办法破其中的任意一个或多个条件
就可以避免死锁发生
案例：
//死锁问题
//两个线程抱着自己的锁 , 然后想要对方的锁 .
// 于是产生一个问题 —> 死锁
public class DeadLocked {
public static void main(String[] args) {
Makeup g1 = new Makeup(0,"白雪公主");
Makeup g2 = new Makeup(1,"灰姑凉");
new Thread(g1).start();
new Thread(g2).start();
}
}
//化妆
class Makeup implements Runnable{
//选择
int choice;
//谁进来了
String girlName;
//两个对象
static LipStick lipStick = new LipStick();
static Mirror mirror = new Mirror();
public Makeup(int choice,String girlName){
this.choice = choice;
this.girlName = girlName;
}
@Override
public void run() {
//化妆
try {
makeup();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//化妆的方法
public void makeup() throws InterruptedException {
if (choice==0){ //先拿口红,再拿镜子
synchronized (lipStick){
System.out.println("拿到口红");
Thread.sleep(1000);
//等待拿镜子的人释放锁
synchronized (mirror){
System.out.println("拿到镜子");
}
}
}else { //先拿镜子 , 再拿口红
synchronized (mirror){
System.out.println("拿到镜子");
Thread.sleep(2000);
//等待拿口红的人释放锁
synchronized (lipStick){
System.out.println("拿到口红");
}
}
}
}
}
//口红
class LipStick{
}
//镜子
class Mirror{
}
结果输出：
程序死了
synchronized 与 Lock 的对比
- Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁）synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放
- Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁
– 使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性（提供更多的子类） - 优先使用顺序：
- Lock > 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源）> 同步方法（在方法体之外）