java线程安全问题与死锁
线程通信
多线程的使用
线程同步
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- 线程通信
- 多线程的使用
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- 一、问题的提出
- 二、解决方法
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- 方式一：同步代码块
- 方式二：同步方法
- 方式三：Lock锁 ---- JDK5.0新增
- 三、synchronized 与Lock的对比
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- 总结
- 四、线程的死锁问题
- 四、小结释放锁的操作
- 五、不会释放锁的操作
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一、问题的提出
例如：卖票的问题
package day9.ten;
/*
*1.问题：卖票过程中，出现了冲票，错票-->出现了线程的安全问题
* 2.问题出现的原因：当莫格线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来
* 3.如何解决：当一个线程在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来，直到线程a操作完，其他线程才可以操作ticket。
* 即使线程a出现了组设，也不能改变
*/
class Window1 implements Runnable{
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while(true){
if (ticket > 0) {
//增加阻塞时间，阻塞时间越长，在这个范围内，出现的错误越多
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
public class WindowTest1 {
public static void main(String[] args) {
Window1 w1 = new Window1();
Thread t1 = new Thread(w1);
Thread t2 = new Thread(w1);
Thread t3 = new Thread(w1);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
结果显示，有好多重复的票数，造成了多卖现象，多运行几次，票数还可能是负数
二、解决方法
方式一：同步代码块
实现Runnable接口
package day9.ten;
/*
* 方式一：同步代码块
* synchronized（同步监视器）{
* //需要被同步的代码
* }
* 说明：1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码， -->不能包含多了（可能只剩下一个线程做事），也不能包含代码少了，最好只包含共享数据
* 2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket
* 3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁
* 要求：多个线程必须要公用统一把锁。
* 补充：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器
*/
class Window1 implements Runnable{
private int ticket = 100;
Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (obj) {
// obj可以是任何类的对象，包括你自己创的对象，当作锁，当一个线程操作共享资源时，就锁柱，只允许这个线程操作，只有这个线程操作好，其他线程才能操作
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest1 {
public static void main(String[] args) {
Window1 w1 = new Window1();
Thread t1 = new Thread(w1);
Thread t2 = new Thread(w1);
Thread t3 = new Thread(w1);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
结果：线程安全
同步监视器：可以是任何对象，当你不想new对象是，也可以写入this，当前对象来充当同步监视器。
继承Thread实现线程安全
class Window extends Thread{
private static int ticket = 100;
private static Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while(true){
// synchronized (obj) {
synchronized (obj){
try {
sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (ticket > 0) {
System.out.println(getName() + ":票号：" + ticket);
ticket --;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest{
public static void main(String[] args) {
Window w1 = new Window();
Window w2 = new Window();
Window w3 = new Window();
w1.setName("窗口1");
w2.setName("窗口2");
w3.setName("窗口3");
w1.start();
w2.start();
w3.start();
}
}
二者原理相同，不过这个需要把同步监视器需要的对象设置为静态的，要不然对象就不唯一了。
同样这个不需要创建对象时，可以使用Window.class，把当前类当作对象充当同步监视器
方式二：同步方法
实现Runnable接口的线程
package day9.ten;
/*
*使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题
* 把操作贡献资源的代码抽离出来，作为同步方法
*/
class Window3 implements Runnable{
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
// 默认同步监视器：this
while(true){
show();
}
}
// 把操作贡献资源的代码抽离出来，作为同步方法
private synchronized void show(){
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class WindowTest3 {
public static void main(String[] args) {
Window1 w1 = new Window1();
Thread t1 = new Thread(w1);
Thread t2 = new Thread(w1);
Thread t3 = new Thread(w1);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
继承Thread类的线程
package day9.ten;
/*
*使用同步方法解决继承Thread类的线程安全问题
*/
class Window4 extends Thread{
private static int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while(true){
show();
}
}
public static synchronized void show(){
// 同步监视器。需要设为静态方法
try {
sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (ticket > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":票号：" + ticket);
ticket --;
}
}
}
public class WindowTest4{
public static void main(String[] args) {
Window4 w1 = new Window4();
Window4 w2 = new Window4();
Window4 w3 = new Window4();
w1.setName("窗口1");
w2.setName("窗口2");
w3.setName("窗口3");
w1.start();
w2.start();
w3.start();
}
}
关于同步方法的总结：
- 1.同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显示的声明
- 2.非静态的同步方法，同步监视器是：this
- 静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身
方式三：Lock锁 ---- JDK5.0新增
package day9.tenone;
/*
*解决线程安全问题的方式三：Lock锁 ---- JDK5.0新增
*
* 1.面试题：synchronized与Lock的异同？
* 相同：二者都可以解决线程安全问题
* 不同：synchronized机制在执行完响应的同步代码以后，自动的释放同步监视器
* lock需要手动的启动同步（Lock（）），同时结束同步需要手动的实现（unlock（））
*/
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
class Window implements Runnable{
public int ticket = 100;
// 1.实例化ReentrantLock
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
@Override
public void run() {
while(true){
try {
// 2.调用lock（）
lock.lock();
if (ticket > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":售票，票号为" + ticket);
ticket --;
}else {
break;
}
}finally {
//3.调用解锁方法
lock.unlock();
}
}
}
}
public class LockTest {
public static void main(String[] args) {
Window w1 = new Window();
Thread t1 = new Thread(w1);
Thread t2 = new Thread(w1);
Thread t3 = new Thread(w1);
t1.setName("窗口一");
t2.setName("窗口二");
t3.setName("窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
三、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）
总结
实现Runnable接口的类，充当参数传进去Thread的构造器，不需要把变量，方法设为静态，就可以充当共享资源。而继承Thread类的线程，需要把变量，方法设置为静态的才能充当共享资源。
在线程安全中，主要是每次操作共享资源时，把这个操作锁住，防止其他线程操作，才能实现线程安全。锁是通过对象充当的，用对象当作锁去锁住操作，防止其他线程操作，当用锁锁住了这个操作，这个锁就在这里了，别人不能用。
同步的方式，解决了线程的安全问题。—好处
操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的的过程，效率低。
四、线程的死锁问题
- 不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁
- 出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续
- 解决方法
- 专门的算法、原则
- 尽量减少同步资源的定义
- 尽量避免嵌套同步
死锁例子
/*
*演示线程的死锁问题
* 1.死锁的理解：不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，
* 都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁
*
* 2.说明：
* 1）出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续
* 2）我们使用同步时，避免出现死锁
*
* 锁被一个线程使用之后，只能等待这个线程操作完，才能释放锁，期间别人拿不到。如果互相需要对面的锁，就形成了死锁，谁也得不到对方的，但是又需要对面的锁才能执行下一步
*/
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
StringBuffer s1 = new StringBuffer();
StringBuffer s2 = new StringBuffer();
new Thread(){
@Override
public void run() {
synchronized (s1){
s1.append("a");
s2.append("1");
// 模拟阻塞状态
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s2){
s1.append("b");
s2.append("2");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}.start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (s2) {
s1.append("c");
s2.append("3");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s1) {
s1.append("d");
s2.append("4");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}).start();
}
}
四、小结释放锁的操作
- 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致异常结束。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当尊线程暂停，并释放锁。
五、不会释放锁的操作
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线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行
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线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁（同步监视器）。
应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程