Java复习（十二）----多线程（二）

线程同步

为了说明白什么是线程同步，我们来看一个小故事：

  比如说你赚了点钱，在银行里存了点钱，不多也不少，刚好3000块钱，然后银行给你一个银行卡和一本存折。

  有一天，你突然有急事想要用钱，你便拿着存折去银行柜台取钱，这时候工作人员问你打算取多少钱呀，不多，刚好取2000块钱，然后工作人员把这要求输入电脑，这时电脑会去检查你的账户够不够2000块钱，电脑一检查，诶，你有。正常情况下，工作人员便把钱给你，最后把你账户里的钱减为1000块钱。

  但是，这时当电脑检查到你有2000块钱，现在已经准备把钱给你，然后更新账户里的钱。正在这个阶段，你的老婆拿你的银行卡去ATM机上取钱，取的也是2000块钱，然后ATM机也得去检查你账户的钱，结果一检查，够2000块钱（前面你取钱的时候还没取到，账户的信息也没更新），接着ATM机就把钱吐出来了，然后账户里的钱更新为1000块钱。

  然后你取钱的过程继续执行，工作人员给你两千，电脑更新账再次更新为1000块钱。最后你和你老婆都取了2000，账户里还有1000。

  这是怎么回事呢？你和你老婆好比是两个线程，现在这两个线程在执行一个取款方法的过程中，这两个线程同时访问同一个资源，如果协调不好，就会出现上面那种情况。所以，我们对线程访问同一个资源的多个线程之间来进行协调的这个东西，叫线程同步。

  那我们要如何解决这个问题呢？上面的问题就是，你在取款的时候，被你老婆打断了，还比你先取完了。所以解决办法就是，当你在取款的过程中，也就是在调用某个方法的过程中，对不起，在这段时间，谁也不能动我的账户信息（资源），这个账户归我独占，其他线程不能访问，就好比两个人不能上同一个坑一样。

我们用一个小例子来看看：
TestSync.java

package Thread;

public class TestSync implements Runnable {
     
    Timer timer = new Timer();
    public static void main(String[] args) {
     
        TestSync test = new TestSync();
        Thread t1 = new Thread(test);
        Thread t2 = new Thread(test);
        t1.setName("t1");
        t2.setName("t2");
        t1.start();
        t2.start();
    }
    public void run(){
     
        timer.add(Thread.currentThread().getName());
        //拿到当前线程的名字，并传给add方法
    }
}

class Timer{
     
    private static int num = 0;//计数
    public void add(String name){
     
        num ++;//当add方法被调用的时候，num就往上增
        try {
     
            Thread.sleep(1);//哪个线程在执行就睡眠1ms
        }
        catch (InterruptedException e) {
     }
        System.out.println(name+", 你是第"+num+"个使用timer的线程");
    }
}

思考一下，输出来的结果是怎么样？是下面那样吗

其实不然， 上面程序输出的结果为：

  这是怎么回事呢？这个执行过程是这样的。比方说第一个线程，已经开始访问timer对象的add方法了，执行到num++的时候，num原来是0，现在变成1，然后执行到sleep方法时，第一个线程睡眠了。
  接着第二个线程开始执行，这时候num已经变成1了，当第二个线程执行到add方法，访问的是同一个对象，所以也是同一个num。则num由原来的1变成2，然后第二个线程开始睡眠。
  接着第一个线程醒了过来，然后他开始打印，“t1，你是第2个使用timer的线程”（这时候num变成了2），接着t2醒来，打印的也是第二个。


  问题就出在这，问题就出在，第一个线程在执行add方法的过程中，被第二个线程给打断了。上面程序写了sleep方法，就是为了这个效果（一个线程的执行过程中被另外一个线程打断了）被看的更清楚，如果不写sleep方法，可能打印出来的是正确的结果，但是，以后难免不会出问题。

那对于上述问题怎么解决呢？特别简单，在这行add方法的过程中，把对象锁住就行了，怎么锁呢？看下面代码：

 public synchronized void add(String name){
      
  	synchronized (this) {
     
	    num ++;
	    try {
     Thread.sleep(1);} 
	    catch (InterruptedException e) {
     }
	    System.out.println(name+", 你是第"+num+"个使用timer的线程");
	  }
  }

synchronized (this)锁定当前对象，意思就是，在执行synchronized下面语句的过程之中，一个线程的执行过程之中，不会被另外一个线程打断。当一个线程已经进入到锁定的区域里边了，你放心，不可能有另外一个线程也跑进来。

上面的 synchronized (this)是一个非常直接的写法，还有一种比较简便的写法：

 public synchronized void add(String name) {
     
            num++;
            try {
     
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
     
            }
            System.out.println(name + ", 你是第" + num + "个使用timer的线程");
    }
}

直接将synchronized写到public后面，意思就是，在执行add方法的过程中，锁定当前对象。
来分析一下上面程序的执行过程。t1开始执行，调用add方法，num++，然后t1睡着了，睡着了没关系，他睡着了还抱着这把锁呢，别人进不来，必须等t1执行完了，才能轮到别人执行。

在Java语言中，引入对象互斥锁的概念，保证共享数据操作的完整性。每个对象都对应于一个可称为“互斥锁”的标记，这个标记保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。

关键字synchronized来与对象的互斥锁联系。当某个对象synchronized修饰时，表明该对象在任一时刻只能有一个线程访问。关键字synchronized锁定某一段代码，当执行这段代码的过程之中，锁定当前对象，另外一个线程也想访问这段代码的话，他只能等着，等前面那个线程执行这段代码了，锁自然而然也就打开了，锁开了之后才能进的来。

synchronized的使用方法：

synchronize(this){
     
try {
     Thread.sleep(1);} 
	    catch (InterruptedException e) {
     }
	    System.out.println(name+", 你是第"+num+"个使用timer的线程");
 }

synchronize还可以放在方法声明中，表示整个方法为同步方法。例如：

synchronize public void add(String name){
     ...}

死锁

当我们讲了锁之后，多线程还会带来其他问题，一个典型的问题，就是死锁。那么死锁的原理是怎么样的呢？

当线程a执行的过程之中，线程a需要锁定对象c，但是，线程a还得要锁住另外一个对象d才能继续往下执行。也就是说线程a需要锁定两个对象，才能够把整个操作完成。

此时，另外一个线程b也需要锁定两个对象才能往下执行，他首先锁定的是对象d。线程a锁住了对象c，他还需要拥有对象d的锁就能往下执行，而线程b首先锁住了对象d，如果再能拥有对象c的锁，他就能继续完成了。可是，最后这两个线程都执行不下去了，因为他们等的东西都被对方给锁住了。

那什么时候能释放锁呢，那就得等其中一个线程执行完了，但是这样就成了悖论了。你得等我执行完了放开锁，可是你不给我另外一个我也执行不完，我执行不完，你也别想执行完，这就是死锁。

下面来看一个例子：
TestDeadLock.java

package Thread;

public class TestDeadLock implements Runnable {
     
    public int flag = 1;
    static Object o1 = new Object(), o2 = new Object();
    public void run() {
     
        System.out.println("flag=" + flag);
        if(flag == 1) {
     
            synchronized(o1) {
     
            //把o1给锁定
                try {
     
                    Thread.sleep(500);
                } catch (Exception e) {
     
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized(o2) {
     
                //这要他再能锁住o2，就能继续完成了
                    System.out.println("1");
                }
            }
        }
        if(flag == 0) {
     
            synchronized(o2) {
     
                try {
     
                    Thread.sleep(500);
                } catch (Exception e) {
     
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized(o1) {
     
                    System.out.println("0");
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
     
        TestDeadLock td1 = new TestDeadLock();
        TestDeadLock td2 = new TestDeadLock();
        td1.flag = 1;
        td2.flag = 0;
        Thread t1 = new Thread(td1);
        Thread t2 = new Thread(td2);
        t1.start();
        t2.start();

    }
}

上面代码能完成吗？完不成
输出下面这个之后就再也不动了

那我们要怎么解决这个问题呢？怎么避免死锁？其实很简单，
线程获取锁的顺序要一致。即严格按照先获取o1，再获取o2的顺序，改写 if(flag == 0)方法如下：

if(flag == 0) {
     
            synchronized(o1) {
     
                try {
     
                    Thread.sleep(500);
                } catch (Exception e) {
     
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized(o2) {
     
                    System.out.println("0");
                }
            }
        }

深入了解synchronized

为了深入了解一下synchronized关键字，我们来看一个小程序：

public class TT {
     
    int b = 100;

    public synchronized void m1() throws Exception{
     
        b = 10000;
        Thread.sleep(5000);
        System.out.println("b = " + b);
    }

    public void m2(){
      
        System.out.println(b);
    }

思考一下一个问题，当m1方法执行的过程之中，m2能够执行吗？就是说，比方有一个线程在执行m1方法，另外一个线程能够执行m2这个方法吗？是不是得m1执行完解锁之后才能执行呢？

那具体是不是呢？我们来把程序补全一下：

package Thread;

public class TT implements Runnable {
     
    int b = 100;

    public synchronized void m1() throws Exception{
     
        //Thread.sleep(2000);
        b = 1000;
        Thread.sleep(5000);
        System.out.println("m1方法的b = " + b);
    }

    public void m2(){
     
        System.out.println("m2方法的b=" + b);
    }

    public void run() {
     
        try {
     
            m1();
        } catch(Exception e) {
     
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
     
        TT tt = new TT();
        Thread t = new Thread(tt);
        t.start();
        //这个线程开始执行，然后会睡5s，在这个时间里
        //我们在main主线程里边，我们去访问一下m2方法
        Thread.sleep(1000);
        tt.m2();
    }
}

如果主线程执行出来b=100的话，那就说明在m1方法的执行过程中，m2不可以执行。为什么呢？因为m1方法执行过程中将b的值改成1000了，但是他没有解锁，m2不能执行，所以b看到的是100。

问题来了，m2方法中的b输出是多少呢？真的是100吗？还是1000呢？我们来看看结果：

注意，synchronized 锁定当先对象，只是针对m1方法里边的代码，也就是说另外一个线程绝对不可能执行那段代码，但是有可能执行其他的代码。就是说，m1方法被锁定了，被同步了，他锁定当前对象；但是另外一个线程完完全全访问那种没有锁定的方法（m2）。否则的话，m2只能看到100而不是1000.

好好消化一下上面的代码，消化好了继续往下看，我把上面的程序改一下：

public class TT implements Runnable {
     
	int b = 100;
	
	public synchronized void m1() throws Exception{
     
		b = 1000;
		Thread.sleep(5000);
		System.out.println("m1方法的b = " + b);
	}
	
	public void m2() throws Exception {
     
		Thread.sleep(2500);
		b = 2000;
	}
	
	public void run() {
     
		try {
     
			m1();
		} catch(Exception e) {
     
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) throws Exception {
     
		TT tt = new TT();
		Thread t = new Thread(tt);
		t.start();
		
		tt.m2();
		System.out.println("m2方法的b=" + tt.b);
	}
}

思考一下，现在b又是多少呢？1000还是2000

我们先来再次理解一下synchronized关键字。他锁定了一个对象，但不是说完全的锁定了，不是说其他任何的线程，任何的方法都不能访问。保证同一时间只有一个线程进入到方法体里边，但是不保证其他线程会不会进到另外一个方法里边。，像m2这个方法，他可以执行。好了，我们来看一下结果：

我们来分析一下他的执行过程：

过程：
main方法开始执行，当main方法执行到t.start()；的时候，另外一个线程开始执行，这个线程执行的是run()方法，也就是m1这个方法。m1拿到这把锁，把b设置成了1000。可是m2不用得到这把锁就能执行，所以把b设成了2000，既然m2把b设置成2000了，然后tt.m2()，打印出来的tt.b的值当然是2000.
接着m1继续执行，然后睡眠，打印b的值，打印出来的也是2000，刚刚m2方法就把b变成了2000。

输出的是2000，m1里的b被改掉了。所以说，b = 100；是一个资源，这个资源能不能好好地被访问，能不能正确的上锁。就好比我们刚开始说的账户里的钱，能不能保证前后一致？我们就得把访问这个资源的所有访问的方法都考虑到，每个方法是不是该设成同步的都要考虑到。
上面程序，既然m1方法能改b的值，m2方法也能改b的值，两个方法都改了同一个值。他们就一定会产生冲突，你只给一个方法加了锁是不行的，必须把m2也加锁。

public synchronized void m2() throws Exception {
     ...}

那给m2加锁之后的结果会是怎样的呢？你放心，这次绝对是1000

为什么m2也是1000呢？不应该是2000吗？我们来分析一下他执行的过程。

过程：
main方法开始执行，当main方法执行到t.start()；的时候，另外一个线程开始执行，这个线程执行的是run()方法，也就是m1这个方法。接下来main方法继续往下执行，执行的是：

tt.m2();
System.out.println("m2方法的b=" + tt.b);

这两行代码。首先tt.m2()，就是执行m2方法，当m2这个方法被执行的时候，他就锁定了当前这个对象，拿到锁之后自己睡眠2.5s，然后把b设成2000。
接下来，tt.m2()执行完了，m1才有可能执行，因为m2执行完了，那个锁才会被释放。这时候m1执行，把b设成1000，然后m1开始睡眠，现在b的值为1000。接下来才打印tt.b，所以m2打印出来的b是1000。
总的来说，这个程序就是，m2执行完了，m1执行一句，然后才开始打印tt.b。所以最后的结果都是1000

在强调一下：加锁这个东西，你写一个同步的东西，是挺困难的一件事。因为每一个方法要不要同步，你都需要考虑的非常清楚，如果一个方法做了同步，另外一个方法没做同步，那么，记住一点，别的线程可以自由的访问没有同步的方法，并且可能会对你同步的方法产生影响。
如果你要保护好需要同步的对象的话，你必须对访问这个对象的所以的方法要仔细的考虑加不加同步，加了同步，很有可能效率就会变低；不加同步，有可能产生数据不一致的现象。

现在我们回到最开始那个小程序的问题，当m1方法执行的过程之中，m2能够执行吗？答案是：能。但是在m2加了synchronize的话，m2就不能执行了。

多线程（二）就先写到这啦，不写不知道，一写吓一跳，要写的知识太多了，我还以为两个板块就能写完的，看来我还是太天真了，当然，我也不可能面面俱到，里面没写到的知识或者不懂的（不过我感觉应该都懂吧，感觉我已经写的够明白了），大家可以在评论区留言。

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