多线程之间如何实现同步？
一、为什么会有线程安全问题？
线程安全问题一般是发生再多线程环境，当多个线程同时共享一个全局变量或静态变量做写的操作时候，可能会发生数据冲突问题，也就是线程安全问题，在读的操作不会发生数据冲突问题 下面看个简单的买票例子 案例:需求现在有100张火车票，有两个窗口同时抢火车票，请使用多线程模拟抢票效果。 代码：
public class ThreadTrain1 implements Runnable { private int count = 100;
@Override
public void run() {
while (count > 0) {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
sale();
}
}
public void sale() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票");
count--;
}
}
}
public class ThreadDemo { public static void main(String[] args) { ThreadTrain1 threadTrain1 = new ThreadTrain1(); Thread t1 = new Thread(threadTrain1, "①号窗口"); Thread t2 = new Thread(threadTrain1, "②号窗口"); t1.start(); t2.start(); } } 运行结果
我们可以发现一号窗口和二号窗口会卖出重复或者超卖现象，这就是在多线程环境下共享资源造成的线程安全问题
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二、如何解决线程安全问题
Synchronized(/'sɪŋkrənaɪzd/) ------相当于自动挡 Lock(/lɒk/ )—jdk1.5并发包才又 ------相当于手动挡
- 如何解决多线程之间线程安全问题? 答：使用多线程之间同步synchronized或使用锁(lock)。
- 为什么使用线程同步或使用锁能解决线程安全问题呢？ 答：将可能会发生数据冲突问题(线程不安全问题)，只能让当前一个线程进行执行。代码执行完成后释放锁，让后才能让其他线程进行执行。这样的话就可以解决线程不安全问题。
- 什么是多线程之间同步？ 答：当多个线程共享同一个资源,不会受到其他线程的干扰。
- 什么地方需要考虑枷锁？ 答：真正产生共享同一个全局变量的时候。
- 锁是在什么时候释放的？ 答：代码执行完毕或者是程序抛出异常，都会把锁释放掉
三、同步
3.1、什么是同步代码块？ 答:就是将可能会发生线程安全问题的代码，给包括起来。 synchronized(同一个数据){ 可能会发生线程冲突问题 } 就是同步代码块 synchronized(对象) { //这个对象可以为任意对象 需要被同步的代码 } 对象如同锁，持有锁的线程可以在同步中执行 没持有锁的线程即使获取CPU的执行权，也进不去 同步的前提：
- 必须要有两个或者两个以上的线程
- 必须是多个线程使用同一个锁 必须保证同步中只能有一个线程在运行 好处：解决了多线程的安全问题 弊端：多个线程需要判断锁，较为消耗资源、抢锁的资源。 原理：有一个线程已经拿到了锁，其他线程已经有了cpu执行权，一直排队等待其他线程释放锁。 代码样例： private static Object oj = new Object(); public void sale() { // 前提 多线程进行使用、多个线程只能拿到一把锁。 // 保证只能让一个线程 在执行 缺点效率降低 synchronized (oj) { if (count > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + “,出售第” + (100 - count + 1) + “票”); count–; } } } 4、同步函数 4.1、什么是同步函数？ 答：在方法上修饰synchronized 称为同步函数 代码样例： public synchronized void sale() { if (trainCount > 0) { try { Thread.sleep(40); } catch (Exception e) { } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + “,出售 第” + (100 - trainCount + 1) + “张票.”); trainCount–; } } 同学们思考问题？同步函数用的是什么锁？ 答：同步函数使用this锁。 证明方式: 一个线程使用同步代码块(this明锁),另一个线程使用同步函数。如果两个线程抢票不能实现同步，那么会出现数据错误。 代码：
package com.itmayiedu;
class ThreadTrain2 implements Runnable { private int count = 100; public boolean flag = true; private static Object oj = new Object();
@Override
public void run() {
if (flag) {
while (count > 0) {
synchronized (this) {
if (count > 0) {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票");
count--;
}
}
}
} else {
while (count > 0) {
sale();
}
}
}
public synchronized void sale() {
// 前提 多线程进行使用、多个线程只能拿到一把锁。
// 保证只能让一个线程 在执行 缺点效率降低
// synchronized (oj) {
if (count > 0) {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票");
count--;
}
// }
}
}
public class ThreadDemo2 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ThreadTrain2 threadTrain1 = new ThreadTrain2(); Thread t1 = new Thread(threadTrain1, "①号窗口"); Thread t2 = new Thread(threadTrain1, "②号窗口"); t1.start(); Thread.sleep(40); threadTrain1.flag = false; t2.start(); } }
5、静态同步函数 5.1、什么是静态同步函数？
- 方法上加上static(/'stætɪk/)关键字，使用synchronized 关键字修饰 或者使用类.class文件。
- 静态的同步函数使用的锁是 该函数所属字节码文件对象
- 可以用 getClass方法获取，也可以用当前 类名.class 表示。 代码： synchronized (ThreadTrain.class) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + “,出售 第” + (100 - trainCount + 1) + “张票.”); trainCount–; try { Thread.sleep(100); } catch (Exception e) { } } 总结： synchronized 修饰方法使用锁是当前this锁。 synchronized 修饰静态方法使用锁是当前类的字节码文件 。 多线程死锁 3.1、什么是多线程死锁 答:同步中嵌套同步,导致锁无法释放 代码：
package com.itmayiedu;
class ThreadTrain6 implements Runnable { // 这是货票总票数,多个线程会同时共享资源 private int trainCount = 100; public boolean flag = true; private Object mutex = new Object();
@Override
public void run() {
if (flag) {
while (true) {
synchronized (mutex) {
// 锁(同步代码块)在什么时候释放？ 代码执行完， 自动释放锁.
// 如果flag为true 先拿到 obj锁,在拿到this 锁、 才能执行。
// 如果flag为false先拿到this,在拿到obj锁，才能执行。
// 死锁解决办法:不要在同步中嵌套同步。
sale();
}
}
} else {
while (true) {
sale();
}
}
}
/**
*
* @methodDesc: 功能描述:(出售火车票)
*/
public synchronized void sale() {
synchronized (mutex) {
if (trainCount > 0) {
try {
Thread.sleep(40);
} catch (Exception e) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (100 - trainCount + 1) + "张票.");
trainCount--;
}
}
}
}
public class DeadlockThread {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ThreadTrain6 threadTrain = new ThreadTrain6(); // 定义 一个实例
Thread thread1 = new Thread(threadTrain, "一号窗口");
Thread thread2 = new Thread(threadTrain, "二号窗口");
thread1.start();
Thread.sleep(40);
threadTrain.flag = false;
thread2.start();
}
}
4、多线程有三大特性
- 原子性 一个操作或者多个操作要么全部执行要么就都不执行。
- 可见性 私有内存修改能及时同步到主内存，保证私有和主的可见一致性
- 有序性 程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
4.1、什么是原子性 即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。 一个很经典的例子就是银行账户转账问题： 比如从账户A向账户B转1000元，那么必然包括2个操作：从账户A减去1000元，往账户B加上1000元。这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。 我们操作数据也是如此，比如i = i+1；其中就包括，读取i的值，计算i，写入i。这行代码在Java中是不具备原子性的，则多线程运行肯定会出问题，所以也需要我们使用同步和lock这些东西来确保这个特性了。 原子性其实就是保证数据一致、线程安全一部分，
4.2、什么是可见性 当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。 若两个线程在不同的cpu，那么线程1改变了i的值还没刷新到主存，线程2又使用了i，那么这个i值肯定还是之前的，线程1对变量的修改线程没看到这就是可见性问题。
4.3、什么是有序性 程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。 一般来说处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。如下： int a = 10; //语句1 int r = 2; //语句2 a = a + 3; //语句3 r = a*a; //语句4 则因为重排序，他还可能执行顺序为 2-1-3-4，1-3-2-4 但绝不可能 2-1-4-3，因为这打破了依赖关系。 显然重排序对单线程运行是不会有任何问题，而多线程就不一定了，所以我们在多线程编程时就得考虑这个问题了。
五、java内存模型
共享内存模型指的就是Java内存模型(简称JMM)，JMM决定一个线程对共享变量的写入时,能对另一个线程可见。从抽象的角度来看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。
从上图来看，线程A与线程B之间如要通信的话，必须要经历下面2个步骤：
- 首先，线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。
- 然后，线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。 下面通过示意图来说明这两个步骤：
如上图所示，本地内存A和B有主内存中共享变量x的副本。假设初始时，这三个内存中的x值都为0。线程A在执行时，把更新后的x值（假设值为1）临时存放在自己的本地内存A中。当线程A和线程B需要通信时，线程A首先会把自己本地内存中修改后的x值刷新到主内存中，此时主内存中的x值变为了1。随后，线程B到主内存中去读取线程A更新后的x值，此时线程B的本地内存的x值也变为了1。 从整体来看，这两个步骤实质上是线程A在向线程B发送消息，而且这个通信过程必须要经过主内存。JMM通过控制主内存与每个线程的本地内存之间的交互，来为java程序员提供内存可见性保证。 总结：什么是Java内存模型：java内存模型简称jmm，定义了一个线程对另一个线程可见。共享变量存放在主内存中，每个线程都有自己的本地内存，当多个线程同时访问一个数据的时候，可能本地内存没有及时刷新到主内存，所以就会发生线程安全问题。
六、volatile实现线程可见性
Volatile 关键字的作用是变量在多个线程之间可见，但不保证原子性，下面的文章链接讲的非常好，这里不详细说了 juejin.im/post/5afd22…
六、AtomicInteger原子类
AtomicInteger是一个提供原子操作的Integer类，通过线程安全的方式操作加减。下面是个例子可以运行对比下count和atomicInteger的结果会发现无论运行多少次，atomicInteger的结果都是正确的 package com;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class VolatileNoAtomic extends Thread { static int count = 0; private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
//等同于i++
atomicInteger.incrementAndGet();
count++;
}
System.out.println(atomicInteger+","+count);
}
public static void main(String[] args) {
// 初始化10个线程
VolatileNoAtomic[] volatileNoAtomic = new VolatileNoAtomic[10];
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 创建
volatileNoAtomic[i] = new VolatileNoAtomic();
}
for (int i = 0; i < volatileNoAtomic.length; i++) {
volatileNoAtomic[i].start();
}
}
}
上面只是简单的一个原子类的介绍
七、volatile(/'vɒlətaɪl/)与synchronized(/'sɪŋkrənaɪzd/)区别
仅靠volatile不能保证线程的安全性。（原子性） ①volatile轻量级，只能修饰变量。synchronized重量级，还可修饰方法 ②volatile只能保证数据的可见性，不能用来同步，因为多个线程并发访问volatile修饰的变量不会阻塞。 synchronized不仅保证可见性，而且还保证原子性，因为，只有获得了锁的线程才能进入临界区，从而保证临界区中的所有语句都全部执行。多个线程争抢synchronized锁对象时，会出现阻塞。 线程安全性 线程安全性包括两个方面，①可见性。②原子性。 从上面自增的例子中可以看出：仅仅使用volatile并不能保证线程安全性。而synchronized则可实现线程的安全性。 八、ThreadLocal深度解析