Java多线程——线程同步与锁(基于狂神说的学习笔记)

线程同步

线程不安全

多个线程操作同一个资源

并发:同一个对象被多个线程同时操作

处理多线程问题时,多个线程访问同一个对象,并且某些线程还想修改对象。这个时候我们就需要线程同步。线程同步其实就是一种等待机制,多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列,等待前面的线程使用完毕,下一个线程再使用。

  • 由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间,在带来方便的同时,也带来了访问冲突问题,为了保证数据在方法中被访问时的正确性,在访问时加入锁机制,synchronized,当一个线程获得对象的排它锁,独占资源,其他线程必须等待,使用后石放锁即可,存在以下问题:
    • 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起
    • 在多线程竞争下,加锁,释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时,引起性能问题
    • 如果一个优先级较高的线程等待一个优先级较低的线程释放锁,会导致优先级倒置,引起性能问题

使用锁也有使用锁的弊端,但能保证线程安全性

package syn;

import java.sql.SQLOutput;

// 线程不安全测试01
public class UnsafeBuyTicket {

    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();

        new Thread(station,"person1").start();
        new Thread(station,"person2").start();
        new Thread(station,"person3").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{

    // Ticket
    int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;// 外部停止方式

    @Override
    public void run() {
        // buyTicket
        while(flag){
            buy();
        }
    }

    private  void buy(){
        // 判断是否有票
        if (ticketNums <= 0){
            flag = false;
            return;
        }
        // 模拟延迟
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        // getTicket
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"get"+ticketNums--);
    }
}

同步方法

由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被方法访问,所以我们只需要针对方法提出一套机制,这套机制就是synchronized关键字,它包括两种用法:synchronized方法和synchronized块

同步方法:public synchronized void method(int args){}

synchronized方法控制对“对象的访问”,每个对象对应一把锁,每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行,否则线程会阻塞,方法一旦执行,就独占该锁,直到该方法返回才释放锁,后面被阻塞的线程 才能获得这个锁,继续执行

缺陷:若将一个大的方法申明为synchronized将会影响效率

方法里需要修改的内容才需要锁,锁太多浪费资源

同步块

  • 同步块:synchronized(Obj){}

  • Obj称之为同步监视器(Obj一般为需要增删改查的对象

    • Obj可以是任何对象,但是推荐使用共享资源作为同步监视器
    • 同步方法中无需指定同步监视器,因为同步方法的同步监视器就是this,就是这个对象本身,或者是class
  • 同步监视器的执行过程

    1. 第一个线程访问,锁定同步监视器,执行其中代码
    2. 第二个线程访问,发现同步监视器被锁定,无法执行代码
    3. 第一个线程访问完毕,解锁同步监视器
    4. 第二个线程访问,发现同步监视器没有锁,然后锁定并访问

CopyOnWriteArrayList

线程安全的ArrayList

package syn;

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

// 测试JUC安全类型的集合
public class TestJUC {

    public static void main(String[] args) {
        // ArrayList是线程不安全的
        // CopyOnWriterArrayList是线程安全的
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }

        try {
            Thread.sleep(4000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        // 如果线程不安全,则有可能两个线程被添加到一个位置上,从而导致覆盖,list的长度会变小
        System.out.println(list.size());
    }
}

死锁

多线程各自占有一些共享资源,并且相互等待其他线程占有的资源才能运行,而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源,都停止执行的情况,某一同步块同时拥有“两个以上对象的锁”时,就可能会发生“死锁”的问题。

死锁避免的方法

产生死锁的四个必要条件:

  1. 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用
  2. 请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放
  3. 不剥夺条件:进程已获得的资源,在未使用完之前,不得强行剥夺
  4. 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系
// 死锁:多个线程互相抱着对方需要的资源,然后形成僵持
public class DeadLock {

    public static void main(String[] args) {
        Makeup girl1 =  new Makeup(0,"girl1");
        Makeup girl2 =  new Makeup(1,"girl2");
        girl1.start();
        girl2.start();
    }
}

// 口红
class Lipstick{

}

// 镜子
class Mirror{

}

class Makeup extends Thread{

    // 需要的资源只有一份:用static来保证只有一份
    static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    static Mirror mirror = new Mirror();

    int choice; //选择
    String girlName; // 使用化妆品的人

    Makeup(int choice,String girlName){
        this.choice =choice;
        this.girlName =girlName;
    }
    @Override
    public void run() {
        // 化妆
        makeup();
    }

    // 互相持有对方的锁,就是需要对方的资源
    private void makeup(){
        if(choice == 0){
            synchronized (lipstick){// 获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName+" get lipstick");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }// 获得口红的锁
            synchronized (mirror){// 一秒钟后想获得镜子的锁
                System.out.println(this.girlName+" get mirror");
            }// 一秒钟后想获得镜子
        }else{
            synchronized (mirror){// 获得镜子的锁
                System.out.println(this.girlName+" get mirror");
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }// 获得口红的锁
            synchronized (lipstick){// 获得口红的锁
                System.out.println(this.girlName+" get lipstick");
            }// 一秒钟后想获得镜子
        }
    }
}

这块代码无论是在idea中还是在eclipse中都没有进入死锁状态,目前原因未知

Lock(锁)

  • 从JDK 5.0开始,Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步,同步锁使用Lock对象充当
  • java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具,锁提供了对共享资源的独占访问,每次只能由一个线程对Lock对象加锁,线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象
  • ReentrantLock(可重入锁)类实现了Lock,它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义,在实现线程安全的控制中,比较常用的是ReentrantLock,可以显式加锁,释放锁

模板:

class A{
    private final ReentrantLock lock = new ReenTrantLock();
    public void m(){
        lock.lock();
        try{
            // 保证线程安全的代码;
        }
        finally{
            lock.unlock();
            // 如果同步代码有异常,要将unlock()写入finally语句块
        }
    }
}

示例:

package Lock;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

// 测试Lock锁
public class TestLock {

    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 testLock2 = new TestLock2();
        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
        new Thread(testLock2).start();
    }
}

class TestLock2 implements Runnable{

    int ticketNums = 10;

    // 定义lock锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true){

            try{
                lock.lock();
                if (ticketNums<=0){
                    break;
                }
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                System.out.println(ticketNums--);
            }finally {
                // 解锁
                lock.unlock();
            }


        }
    }
}

synchronized与Lock的对比

  • Lock是显式锁(手动开启和手动关闭,别忘记关锁)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(提供更好的子类)
  • 优先使用顺序:
    • Lock > 同步代码块(已经计入了方法体,分配了相应的资源)> 同步方法(在方法体之外)

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