Java基础进阶多线程-线程安全和synchronized关键字
文章目录
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- 为什么线程安全这个是重点
- 什么时候数据在多线程并发的环境下会存在安全问题呢？
- 怎么解决线程安全问题呢？
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- 异步编程模型：
- 同步编程模型：
- Java中有三大变量？【重要的内容。】
-
- synchronized有三种写法：
-
- 示例代码01：
- 运行结果：
- 示例代码02：
- 运行结果：
- 示例代码03：
- 运行结果：
- synchronized面试题01：
-
- 示例代码04：
- 运行结果：
- synchronized面试题02：
-
- 示例代码05：
- 运行结果：
- synchronized面试题03：
-
- 示例代码06：
- 运行结果：
- synchronized面试题04：
-
- 示例代码07：
- 运行结果：
关于多线程并发环境下，数据的安全问题。
为什么线程安全这个是重点
以后在开发中，我们的项目都是运行在服务器当中，
而服务器已经将线程的定义，线程对象的创建，线程
的启动等，都已经实现完了。这些代码我们都不需要
编写。最重要的是：你要知道，你编写的程序需要放到一个
多线程的环境下运行，你更需要关注的是这些数据
在多线程并发的环境下是否是安全的（重点：*****）
什么时候数据在多线程并发的环境下会存在安全问题呢？
三个条件：
- 条件1：多线程并发。
- 条件2：有共享数据。
- 条件3：共享数据有修改的行为。
满足以上3个条件之后，就会存在线程安全问题。
怎么解决线程安全问题呢？
当多线程并发的环境下，有共享数据，并且这个数据还会被修改，此时就存在
线程安全问题，怎么解决这个问题？
- 线程排队执行。（不能并发）。
- 用排队执行解决线程安全问题。
- 这种机制被称为：线程同步机制。
专业术语叫做：线程同步，实际上就是线程不能并发了，线程必须排队执行。
-
使用“线程同步机制”。
-
线程同步就是线程排队了，线程排队了就会牺牲一部分效率，没办法，数据安全
第一位，只有数据安全了，我们才可以谈效率。数据不安全，没有效率的事儿。
说到线程同步这块，涉及到这两个专业术语：
异步编程模型：
- 线程t1和线程t2，各自执行各自的，t1不管t2，t2不管t1，
谁也不需要等谁，这种编程模型叫做：异步编程模型。
其实就是：多线程并发（效率较高。）
异步就是并发。
同步编程模型：
- 线程t1和线程t2，在线程t1执行的时候，必须等待t2线程执行
结束，或者说在t2线程执行的时候，必须等待t1线程执行结束，
两个线程之间发生了等待关系，这就是同步编程模型。
效率较低。线程排队执行。
同步就是排队。
Java中有三大变量？【重要的内容。】
-
实例变量：在堆中。
-
静态变量：在方法区。
-
局部变量：在栈中。
以上三大变量中：
-
局部变量永远都不会存在线程安全问题。
因为局部变量不共享。（一个线程一个栈。）=
局部变量在栈中。所以局部变量永远都不会共享 -
实例变量在堆中，堆只有1个
-
静态变量在方法区中，方法区只有1个
-
堆和方法区都是多线程共享的，所以可能存在线程安全问题
局部变量+常量：不会有线程安全问题
成员变量：可能会有线程安全问题。
如果使用局部变量的话：
建议使用：StringBuilder。
因为局部变量不存在线程安全问题。选择StringBuilder。
StringBuffer效率比较低。
ArrayList是非线程安全的。
Vector是线程安全的。
HashMap HashSet是非线程安全的。
Hashtable是线程安全的。
synchronized有三种写法：
第一种：同步代码块
灵活 synchronized(线程共享对象){ 同步代码块; }
synchronized后面小括号中传的这个“数据”是相当关键的。
这个数据必须是多线程共享的数据。才能达到多线程排队。
-
()中写什么？
那要看你想让哪些线程同步。
假设t1、t2、t3、t4、t5，有5个线程，
你只希望t1 t2 t3排队，t4 t5不需要排队。怎么办？
你一定要在()中写一个t1 t2 t3共享的对象。而这个
对象对于t4 t5来说不是共享的。 -
//Object obj2 = new Object(); //synchronized (this){ //synchronized (obj) { //synchronized ("abc") { // "abc"在字符串常量池当中。 //synchronized (null) { // 报错：空指针。 //synchronized (obj2) { // 这样编写就不安全了。因为obj2不是共享对象。 //synchronized(this){
第二种：在实例方法上使用synchronized
- 表示共享对象一定是this
并且同步代码块是整个方法体。
第三种：在静态方法上使用synchronized
表示找类锁。
类锁永远只有1把。
就算创建了100个对象，那类锁也只有一把。
对象锁：1个对象1把锁，100个对象100把锁。
类锁：100个对象，也可能只是1把类锁。
开发中应该怎么解决线程安全问题？
是一上来就选择线程同步吗？synchronized
不是，synchronized会让程序的执行效率降低，用户体验不好。
系统的用户吞吐量降低。用户体验差。在不得已的情况下再选择
线程同步机制。
-
第一种方案：尽量使用局部变量代替“实例变量和静态变量”。
-
第二种方案：如果必须是实例变量，那么可以考虑创建多个对象，这样
实例变量的内存就不共享了。（一个线程对应1个对象，100个线程对应100个对象，
对象不共享，就没有数据安全问题了。） -
第三种方案：如果不能使用局部变量，对象也不能创建多个，这个时候
就只能选择synchronized了。线程同步机制。
示例代码01：
/*
银行账户
不使用线程同步机制，多线程对同一个账户进行取款，出现线程安全问题。
*/
public class Account implements Serializable{
private static final long serialVersionUID = 1655286831056942086L;
//账户
private String actno;
//余额
private double balance;
public Account() {
}
public Account(String actno, int balance) {
this.actno = actno;
this.balance = balance;
}
public String getActno() {
return actno;
}
public void setActno(String actno) {
this.actno = actno;
}
public double getBalance() {
return balance;
}
public void setBalance(double balance) {
this.balance = balance;
}
//取款方法
public void withdraw(double money){
//取款之前的余额
// t1和t2并发这个方法。。。。（t1和t2是两个栈。两个栈操作堆中同一个对象。）
double before = this.getBalance();
//取款之后的余额
double after = before - money;
// 在这里模拟一下网络延迟，100%会出现问题
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//更新余额
// 思考：t1执行到这里了，但还没有来得及执行这行代码，t2线程进来withdraw方法了。此时一定出问题。
this.setBalance(after);
}
}
public class AccountThread extends Thread{
// 两个线程必须共享同一个账户对象。
private Account act;
// 通过构造方法传递过来账户对象
public AccountThread(Account act){
this.act = act;
}
public Account getAct() {
return act;
}
public void setAct(Account act) {
this.act = act;
}
public void run(){
//取款5000
// run方法的执行表示取款操作。
// 假设取款5000
double money = 5000;
// 取款
// 多线程并发执行这个方法。
act.withdraw(money);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "对" + act.getActno() + "取款" + money + "成功，" + "账户余额为：" + act.getBalance());
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// 创建账户对象（只创建1个）
Account act = new Account("act-no",10000);
// 创建两个线程
Thread t1 = new AccountThread(act);
Thread t2 = new AccountThread(act);
// 设置name
t1.setName("t1");
t2.setName("t2");
// 启动线程取款
t1.start();
t2.start();
}
}
运行结果：
示例代码02：
/*
银行账户
不使用线程同步机制，多线程对同一个账户进行取款，出现线程安全问题。
*/
public class Account {
//账户
private String actno;
//余额
private double balance;
//对象
Object obj = new Object(); // 实例变量。（Account对象是多线程共享的，Account对象中的实例变量obj也是共享的。）
public Account() {
}
public Account(String actno, int balance) {
this.actno = actno;
this.balance = balance;
}
public String getActno() {
return actno;
}
public void setActno(String actno) {
this.actno = actno;
}
public double getBalance() {
return balance;
}
public void setBalance(double balance) {
this.balance = balance;
}
//取款方法
public void withdraw(double money){
// 以下这几行代码必须是线程排队的，不能并发。
// 一个线程把这里的代码全部执行结束之后，另一个线程才能进来。
/*
线程同步机制的语法是：
synchronized(){
// 线程同步代码块。
}
synchronized后面小括号中传的这个“数据”是相当关键的。
这个数据必须是多线程共享的数据。才能达到多线程排队。
()中写什么？
那要看你想让哪些线程同步。
假设t1、t2、t3、t4、t5，有5个线程，
你只希望t1 t2 t3排队，t4 t5不需要排队。怎么办？
你一定要在()中写一个t1 t2 t3共享的对象。而这个
对象对于t4 t5来说不是共享的。
这里的共享对象是：账户对象。
账户对象是共享的，那么this就是账户对象吧！！！
不一定是this，这里只要是多线程共享的那个对象就行。
在java语言中，任何一个对象都有“一把锁”，其实这把锁就是标记。（只是把它叫做锁。）
100个对象，100把锁。1个对象1把锁。
以下代码的执行原理？
1、假设t1和t2线程并发，开始执行以下代码的时候，肯定有一个先一个后。
2、假设t1先执行了，遇到了synchronized，这个时候自动找“后面共享对象”的对象锁，
找到之后，并占有这把锁，然后执行同步代码块中的程序，在程序执行过程中一直都是
占有这把锁的。直到同步代码块代码结束，这把锁才会释放。
3、假设t1已经占有这把锁，此时t2也遇到synchronized关键字，也会去占有后面
共享对象的这把锁，结果这把锁被t1占有，t2只能在同步代码块外面等待t1的结束，
直到t1把同步代码块执行结束了，t1会归还这把锁，此时t2终于等到这把锁，然后
t2占有这把锁之后，进入同步代码块执行程序。
这样就达到了线程排队执行。
这里需要注意的是：这个共享对象一定要选好了。这个共享对象一定是你需要排队
执行的这些线程对象所共享的。
*/
//Object obj2 = new Object();
//synchronized (this){
//synchronized (obj) {
//synchronized ("abc") { // "abc"在字符串常量池当中。
//synchronized (null) { // 报错：空指针。
//synchronized (obj2) { // 这样编写就不安全了。因为obj2不是共享对象。
//synchronized(this){
double before = this.getBalance();
double after = before - money;
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
this.setBalance(after);
}
}
public class AccountThread extends Thread{
// 两个线程必须共享同一个账户对象。
private Account act;
// 通过构造方法传递过来账户对象
public AccountThread(Account act){
this.act = act;
}
public Account getAct() {
return act;
}
public void setAct(Account act) {
this.act = act;
}
public void run(){
//取款5000
// run方法的执行表示取款操作。
// 假设取款5000
double money = 5000;
// 取款
// 多线程并发执行这个方法。
//synchronized (this){//这里的this是AccountThread对象，这个对象不共享！
synchronized (act) {//这种方式也可以，只不过扩大了同步的范围，效率更低了
act.withdraw(money);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "对" + act.getActno() + "取款" + money + "成功，" + "账户余额为：" + act.getBalance());
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// 创建账户对象（只创建1个）
Account act = new Account("act-no",10000);
// 创建两个线程
Thread t1 = new AccountThread(act);
Thread t2 = new AccountThread(act);
// 设置name
t1.setName("t1");
t2.setName("t2");
// 启动线程取款
t1.start();
t2.start();
}
}
运行结果：
示例代码03：
/*
银行账户
不使用线程同步机制，多线程对同一个账户进行取款，出现线程安全问题。
*/
public class Account implements Serializable{
private static final long serialVersionUID = 1655286831056942086L;
//账户
private String actno;
//余额
private double balance;
public Account() {
}
public Account(String actno, int balance) {
this.actno = actno;
this.balance = balance;
}
public String getActno() {
return actno;
}
public void setActno(String actno) {
this.actno = actno;
}
public double getBalance() {
return balance;
}
public void setBalance(double balance) {
this.balance = balance;
}
//取款方法
/*
在实例方法上可以使用synchronized吗？可以的。
synchronized出现在实例方法上，一定锁的是this。
没得挑。只能是this。不能是其他的对象了。
所以这种方式不灵活。
另外还有一个缺点：synchronized出现在实例方法上，
表示整个方法体都需要同步，可能会无故扩大同步的
范围，导致程序的执行效率降低。所以这种方式不常用。
synchronized使用在实例方法上有什么优点？
代码写的少了。节俭了。
如果共享的对象就是this，并且需要同步的代码块是整个方法体，
建议使用这种方式。
*/
public synchronized void withdraw(double money){
double before = this.getBalance();
double after = before - money;
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
this.setBalance(after);
}
}
public class AccountThread extends Thread{
// 两个线程必须共享同一个账户对象。
private Account act;
// 通过构造方法传递过来账户对象
public AccountThread(Account act){
this.act = act;
}
public Account getAct() {
return act;
}
public void setAct(Account act) {
this.act = act;
}
public void run(){
//取款5000
// run方法的执行表示取款操作。
// 假设取款5000
double money = 5000;
// 取款
// 多线程并发执行这个方法。
act.withdraw(money);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "对" + act.getActno() + "取款" + money + "成功，" + "账户余额为：" + act.getBalance());
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// 创建账户对象（只创建1个）
Account act = new Account("act-no",10000);
// 创建两个线程
Thread t1 = new AccountThread(act);
Thread t2 = new AccountThread(act);
// 设置name
t1.setName("t1");
t2.setName("t2");
// 启动线程取款
t1.start();
t2.start();
}
}
运行结果：
synchronized面试题01：
doOther方法执行的时候需要等待doSome方法的结束吗？不需要
因为doOther方法没有sychronized关键字，所以doOther方法不需要到锁池中获取锁
示例代码04：
public class Exam01 {
public static void main(String[] args) {
MyClass c = new MyClass();
MyThread t1 = new MyThread(c);
MyThread t2 = new MyThread(c);
t1.setName("t1");
t2.setName("t2");
t1.start();
try {
Thread.sleep(1000);//这个睡眠的作用是：为了保证t1线程先执行。
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
t2.start();
}
}
class MyThread extends Thread {
private MyClass mc;
public MyThread(MyClass mc) {
this.mc = mc;
}
public void run() {
if(Thread.currentThread().getName().equals("t1")){
mc.doSome();
}
if(Thread.currentThread().getName().equals("t2")){
mc.doOther();
}
}
}
class MyClass {
public synchronized void doSome() {
System.out.println("doSome beign");
try {
Thread.sleep(1000 * 5);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("doSome over");
}
public void doOther() {
System.out.println("doOther beign");
System.out.println("doOther over");//因为doOther方法没有sychronized关键字，所以doOther方法不需要到锁池中获取锁
}
}
运行结果：
synchronized面试题02：
doOther方法执行的时候需要等待doSome方法的结束吗？需要
因为doOther方法有sychronized关键字，所以doOther方法需要排队（等待doSome方法执行玩释放锁之后）获取锁
示例代码05：
public class Exam02 {
public static void main(String[] args) {
MyClass1 a = new exam.MyClass1();
MyThread1 t3 = new exam.MyThread1(a);
MyThread1 t4 = new exam.MyThread1(a);
t3.setName("t3");
t4.setName("t4");
t3.start();
try {
Thread.sleep(1000);//这个睡眠的作用是：为了保证t1线程先执行。
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
t4.start();
}
}
class MyThread1 extends Thread {
private MyClass1 mc;
public MyThread1(MyClass1 mc) {
this.mc = mc;
}
public void run() {
if(Thread.currentThread().getName().equals("t3")){
mc.doSome();
}
if(Thread.currentThread().getName().equals("t4")){
mc.doOther();
}
}
}
class MyClass1 {
public synchronized void doSome() {
System.out.println("doSome beign");
try {
Thread.sleep(1000 * 5);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("doSome over");
}
public synchronized void doOther() {
System.out.println("doOther beign");
System.out.println("doOther over");//因为doOther方法有sychronized关键字，所以doOther方法需要排队（等待doSome方法执行玩释放锁之后）获取锁
}
}
运行结果：
synchronized面试题03：
doOther方法执行的时候需要等待doSome方法的结束吗？不需要
因为MyClass对象是两个，两把锁。
示例代码06：
public class Exam03 {
public static void main(String[] args) {
MyClass2 c1 = new MyClass2();
MyClass2 c2 = new MyClass2();//创建两个对象就没有共享对象了,不需要排队获取锁
MyThread2 t1 = new MyThread2(c1);
MyThread2 t2 = new MyThread2(c2);
t1.setName("t1");
t2.setName("t2");
t1.start();
try {
Thread.sleep(1000);//这个睡眠的作用是：为了保证t1线程先执行。
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
t2.start();
}
}
class MyThread2 extends Thread {
private MyClass2 mc;
public MyThread2(MyClass2 mc) {
this.mc = mc;
}
public void run() {
if(Thread.currentThread().getName().equals("t1")){
mc.doSome();
}
if(Thread.currentThread().getName().equals("t2")){
mc.doOther();
}
}
}
class MyClass2 {
public synchronized void doSome() {
System.out.println("doSome beign");
try {
Thread.sleep(1000 * 5);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("doSome over");
}
public synchronized void doOther() {
System.out.println("doOther beign");
System.out.println("doOther over");
}
}
运行结果：
synchronized面试题04：
doOther方法执行的时候需要等待doSome方法的结束吗？需要
因为静态方法是类锁，不管创建了几个对象，类锁只有。
示例代码07：
public class Exam04 {
public static void main(String[] args) {
MyClass2 c = new MyClass2();
MyThread2 t1 = new MyThread2(c);
MyThread2 t2 = new MyThread2(c);
t1.setName("t1");
t2.setName("t2");
t1.start();
try {
Thread.sleep(1000);//这个睡眠的作用是：为了保证t1线程先执行。
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
t2.start();
}
}
class MyThread3 extends Thread {
private MyClass3 mc;
public MyThread3(MyClass3 mc) {
this.mc = mc;
}
public void run() {
if(Thread.currentThread().getName().equals("t1")){
mc.doSome();
}
if(Thread.currentThread().getName().equals("t2")){
mc.doOther();
}
}
}
// synchronized出现在静态方法上是找类锁。
class MyClass3 {
public synchronized static void doSome() {
System.out.println("doSome beign");
try {
Thread.sleep(1000 * 5);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("doSome over");
}
public synchronized static void doOther() {
System.out.println("doOther beign");
System.out.println("doOther over");
}
}
运行结果：
