嗨喽~小伙伴们我又来了,
通过前面两章的学习,我们了解了线程的基本概念和创建线程的四种方式。
附上链接:
1. Java多线程详解(基本概念)
2. Java多线程详解(如何创建线程)
这一章,我们来谈谈线程安全问题。
也许小伙伴们刚听到这个词语的时候,是一脸懵逼,笔者初学线程安全也是这样的。所以本章从几个案例入手,让小伙伴们尽可能地理解什么是线程安全。
在学习线程安全之前,我们首先得简单地介绍Thread类中的一个静态方法----sleep()
问:sleep()方法有什么作用?
首先我们要知道,程序运行的速度是非常快的,当CPU调度某个线程开始执行时,由于运行速度太快,此线程可能执行完之后CPU才开始调度其他线程,这样显然不符合并发的特点,因此我们希望能阻塞某个线程的运行,使得其他线程有执行的“机会”,这时我们可以考虑sleep()方法。
在某个线程的run()方法里调用Thread.sleep(1000)后,会使当前正在运行的线程立即进入阻塞状态,1000ms后,阻塞状态解除,进入可运行态,等待CPU的再次调度。在这段时间里,其它线程有可能获取CPU的使用权,从而达到并发的效果。
所以,调用sleep()方法可以扩大多线程执行时问题的发生性,以便开发者能够迅速发现bug,解决bug。
最后,请记住一句话(后几章会解释):Java中每个对象有且只有一把锁,调用sleep()不会释放锁。
了解完sleep()方法后,我们来看第一个案例-----多人取钱问题。
假设现在,你和你妻子有100万存款,现在你俩同时去取钱,你想取50万,你妻子想取100万。就上述这个场景,我们用代码来模拟一下:
/**
* @author sixibiheye
* @date 2021/8/28
* @apiNote 线程安全问题一-------取钱问题
*/
public class UnsafeBank {
public static void main(String[] args) {
//账户
Account account = new Account(100,"买房基金");
//你和你的妻子都要取钱
Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
Drawing girlFriend = new Drawing(account,100,"妻子");
you.start();
girlFriend.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 Drawing extends Thread{
Account account; //账户
int drawingMoney; //取的钱
int nowMoney; //现手上有的钱
public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
super(name);
this.account = account;
this.drawingMoney = drawingMoney;
}
@Override
public void run() {
if(account.money - drawingMoney < 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够了,取不了!");
return;
}
//卡内余额
account.money = account.money - drawingMoney;
//手里的钱
nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
//打印
System.out.println(account.name + "余额为:" + account.money);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "手里的钱:" + nowMoney);
}
}
代码本身比较简单,我们来看它的运行结果:
再运行一次:
粗略看来,上述运行结果好像没有什么问题,但是,我在前面说过,如果程序运行太快,两个线程可能是顺序执行的,不符合并发的特点,因此我们考虑在程序中加入sleep()方法来模拟延时,以此扩大问题发生的可能性:
/**
* @author sixibiheye
* @date 2021/8/28
* @apiNote 线程安全问题一-------取钱问题
*/
public class UnsafeBank {
public static void main(String[] args) {
//账户
Account account = new Account(100,"买房基金");
//你和你的妻子都要取钱
Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
Drawing girlFriend = new Drawing(account,100,"妻子");
you.start();
girlFriend.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 Drawing extends Thread{
Account account; //账户
int drawingMoney; //取的钱
int nowMoney; //现手上有的钱
public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
super(name);
this.account = account;
this.drawingMoney = drawingMoney;
}
@Override
public void run() {
if(account.money - drawingMoney < 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "钱不够了,取不了!");
return;
}
//模拟延时,保证多人都有机会取到钱
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//卡内余额
account.money = account.money - drawingMoney;
//手里的钱
nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
//打印
System.out.println(account.name + "余额为:" + account.money);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "手里的钱:" + nowMoney);
}
}
这时,我们来看程序的运行结果:
你会惊奇地发现,余额竟然出现了负数! 为什么会出现负数呢?
小伙伴们可以停下来想一想原因。
首先,我们来了解一下JVM中的线程是如何处理“count--”这个指令的。咱可以简单地分为三步:
1. -->某线程从内存中读取count到自己的寄存器
2. -->某线程在寄存器中修改count的值
3. -->某线程将修改后的count值写入内存(刷新内存)
在多线程环境下,由于线程会共享进程中的资源,上述三步中任何一步都有可能被其他线程打断,也就是说,有可能count值还没来得及写入内存,就被其他线程读取或写入了。
理解这个之后,就不难理解 -50(万)出现的原因了。
假设“妻子的线程”先被CPU调度执行,
在妻子的run()方法中,首先执行if判断,条件为假,继续执行下一句。
假设刚要执行下一句
“account.money = account.money - drawingMoney”
时,“妻子 的线程”强行被“你的线程”打断,
“你的线程”读取到的account.money值仍然是原来的 100(万),
这使得“你的线程”通过执行
“account.money = account.money - drawingMoney”
使得account.money的值变为了
100(万)- 50(万)= 50(万)
并成功写入了内存里。
“你的线程”执行完之后,CPU继续调度“妻子的线程”。
妻子读取到的account.money值为被“你的线程”修改后的 50(万),
由于此前已执行过if判断,故“妻子的线程”接着执行
“account.money = account.money - drawingMoney”
使得account.money变成了
50(万)- 100(万)= -50(万)
并也成功地写入了内存,最后输出,就出现了-50(万)这个结果。
请小伙伴们细细体会~。
如果你已经理解了一丢丢,我们继续举第二个例子-----多人购票问题:
假设现在,某铁路局某线仅有10张票了,小红,小白,小黑都想要买票,就这个场景,我们来模拟一下买票的过程,同上,我们仍然用sleep()模拟延时,扩大问题发生的可能性:
/**
* @author sixibiheye
* @date 2021/8/27
* @apiNote 线程安全问题一-------买票问题
*/
public class UnsafeBuyTicket {
public static void main(String[] args) {
BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();
new Thread(buyTicket,"小红").start();
new Thread(buyTicket,"小白").start();
new Thread(buyTicket,"小黑").start();
}
}
class BuyTicket implements Runnable{
//票数
private int tickets = 10;
//线程停止的标志位
private boolean flag = true;
private void buy() throws InterruptedException {
//判断是否有票
if(tickets <= 0){
flag = false;
return;
}
//模拟延时,保证多人都能买到票
Thread.sleep(10);
//买票
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到了第" + tickets-- +"张票");
}
@Override
public void run() {
while (flag){
try {
buy();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
不知道小伙伴们在这个程序里发现了哪些问题,我们来看运行结果:
这儿有两个问题:
1. 三人同时抢到了同一张票!
2. 有人抢到了第 -1 张票!
小伙伴们可以仔细思考一下,下面,我给出问题2的一个解释。
为了便于解释,我们将小红,小黑,小白三个线程记作A,B,C三个线程。
当还剩下最后一张票的时候,我们可以脑补一下程序的执行过程:
在A线程里,刚执行完if语句判断,便被B线程打断,B线程刚执行完if语句判断,又被C线程打断,C线程未被打断,成功执行完run()方法输出最后一张票同时将count(票数)更新成了0,C线程结束。之后假设CPU调度A线程,由于之前在A线程里已执行过if语句判断,那么再次调度会接着if语句后面的代码执行,从而输出了第0张票同时使得count(票数)更新成了-1,A线程结束。最后CPU调度B线程,同理,由于之前在B线程里已执行过if语句判断,那么再次调度会接着if语句后面的代码执行,从而输出了第-1张票。
至于问题1-----三人同时抢到了同一张票,小伙伴们自行脑补一下吧......
上述两个例子中,问题出现的核心原因,咱概括来说,就是线程间不确定地切换使得if语句失去了原有的作用,程序未及时终止而出错。
最后,我们举一个JDK中线程不安全的例子,以ArrayList为例:
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* @author sixibiheye
* @date 2021/8/28
* @apiNote 线程安全问题一-------ArrayList安全问题
*/
public class UnsafeList {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
List list = new ArrayList();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread( () -> {
list.add(Thread.currentThread().getName());
}).start();
}
//sleep保证上述for循环跑完再输出
Thread.sleep(3000);
//输出列表大小
System.out.println(list.size());
}
}
如果你认为输出结果是10000的话,那就大错特错了,请看运行结果:
再运行一次:
这个问题比较简单:虽然开启了10000个线程往ArrayList里加数据,但有可能出现:某两个线程往ArrayList添加数据的时候,添加在了ArrayList的同一位置( 比如ArrayList[5666] ),这样ArrayList的大小自然就不足10000了。
希望小伙伴们能够认真地理解上面介绍的三个线程不安全的案例。记得XXX说过,只有对问题足够了解,才有可能解决问题。下一章,我们来谈谈,如何解决上面的线程不安全问题:
Java多线程详解(线程安全)
PS:It so difficult to write this......能够借鉴的资料实在有限,查阅了大量资料,修改了十几遍,才成此篇,部分解释可能不太严谨,欢迎指正~最后喜欢的小伙伴们点个赞鼓励支持一下吧~