理解Java的线程安全问题

news2025/1/22 9:13:38

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举例：三个窗口卖票

运行结果：出现重票

如何解决？

方式一：同步代码块，第一个例子

 运行结果：

改进：

 运行结果：

方法一：同步代码块的第二个例子。把锁和ticket都改为静态

运行结果：

方法二：同步方法，第一个例子

 方式二：同步方法第二个例子

 错误示范：show方法的锁是this，this指的是Window4的对象，即t1,t2,t3，3个线程用的不是同一个锁，所以线程不安全

正确示范：把show方法改为静态的，private static synchronized void show()，此时同步监视器（锁）是Window4.class

方式三：Lock锁方式解决线程安全问题

运行结果：

synchronized与Lock的异同？

举例：三个窗口卖票

 class Window1 implements Runnable{

	private int ticket=100;
	@Override
	public void run() {
		while(true) {
			if(ticket>0) {
				
				try {
					Thread.sleep(100);
				} catch (InterruptedException e) {
					
					e.printStackTrace();
				}
				
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":卖票，票号为："+ticket);
				ticket--;
			}else {
				break;
			}
		}
		
	}

}


public class WindowTest1 {

	public static void main(String[] args) {
		Window1 w=new Window1();
		
		Thread t1=new Thread(w);
		Thread t2=new Thread(w);
		Thread t3=new Thread(w);
		
		t1.setName("窗口1");
		t2.setName("窗口2");
		t3.setName("窗口3");
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
		
		
	}
}

运行结果：出现重票

问题：卖票的过程中，出现了重票、错票---->出现了线程安全问题

问题出现的原因：当某个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，也操作车票

窗口2:卖票，票号为：100
窗口1:卖票，票号为：100
窗口3:卖票，票号为：100
窗口1:卖票，票号为：97
窗口2:卖票，票号为：97
窗口3:卖票，票号为：97

.......
窗口3:卖票，票号为：7
窗口3:卖票，票号为：4
窗口1:卖票，票号为：4
窗口2:卖票，票号为：4
窗口3:卖票，票号为：1
窗口1:卖票，票号为：1
窗口2:卖票，票号为：0

如何解决？

当线程a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ticket时，其他线程才可以操作ticket。这种情况即使是线程a出现了阻塞，也不能被改变

在Java中，程序使用同步机制来解决

方式1：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

2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据

3. 同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。

4.多个线程公用同一个锁。

方式2：同步方法

如果操作共享数据的代码完整声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明为同步方法。

方式一：同步代码块，第一个例子

同步代码块解决Runnable接口创建的线程的安全问题

 class Window1 implements Runnable{

	private int ticket=100;
	Object obj=new Object();
	
	@Override
	public void run() {
		while(true) {
			
			synchronized(obj) {
			
			if(ticket>0) {
				
				try {
					Thread.sleep(100);
				} catch (InterruptedException e) {
					
					e.printStackTrace();
				}
				
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":卖票，票号为："+ticket);
				ticket--;
			}else {
				break;
			}
			
			}
		}
		
	}

}

public class WindowTest1 {

	public static void main(String[] args) {
		Window1 w=new Window1();
		
		Thread t1=new Thread(w);
		Thread t2=new Thread(w);
		Thread t3=new Thread(w);
		
		t1.setName("窗口1");
		t2.setName("窗口2");
		t3.setName("窗口3");
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
		
		
	}
}

 运行结果：

没有重票问题。但是，全是窗口3在卖票。没有3个窗口交替出现。理论上讲，没问题。

窗口3:卖票，票号为：100
窗口3:卖票，票号为：99
窗口3:卖票，票号为：98
窗口3:卖票，票号为：97
窗口3:卖票，票号为：96
.......

改进：

把sleep放到synchronized()上面。

class Window1 implements Runnable{

	private int ticket=100;
	Object obj=new Object();
	
	@Override
	public void run() {
		while(true) {
			
			try {
				Thread.sleep(100);
			} catch (InterruptedException e) {
				
				e.printStackTrace();
			}
			
			
			synchronized(obj) {
			
				if(ticket>0) {
					
					
					
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":卖票，票号为："+ticket);
					ticket--;
				}else {
					break;
				}
			
			}
		}
		
	}

}


public class WindowTest1 {

	public static void main(String[] args) {
		Window1 w=new Window1();
		
		Thread t1=new Thread(w);
		Thread t2=new Thread(w);
		Thread t3=new Thread(w);
		
		t1.setName("窗口1");
		t2.setName("窗口2");
		t3.setName("窗口3");
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
		
		
	}
}

 运行结果：

没有重票问题，3个窗口交替卖票

窗口1:卖票，票号为：100
窗口2:卖票，票号为：99
窗口3:卖票，票号为：98
窗口1:卖票，票号为：97
窗口2:卖票，票号为：96
窗口3:卖票，票号为：95
......

窗口2:卖票，票号为：9
窗口1:卖票，票号为：8
窗口3:卖票，票号为：7
窗口1:卖票，票号为：6
窗口2:卖票，票号为：5
窗口2:卖票，票号为：4
窗口1:卖票，票号为：3
窗口3:卖票，票号为：2
窗口1:卖票，票号为：1

方法一：同步代码块的第二个例子。把锁和ticket都改为静态

因为Window2是线程类，3个线程要共用同一种ticket和锁

同步代码块处理继承Thread类的线程安全问题

锁可以用synchronized(Window2.class)，Window2.class只会加载一次，类也是对象

class Window2 extends Thread{

	private static int ticket=100;
	
//	静态锁，确保所有线程公用一个锁
	private static Object obj=new Object();
	@Override
	public void run() {
		while(true) {
			synchronized (obj) {
				if(ticket>0) {
					try {
						Thread.sleep(100);
					} catch (InterruptedException e) {
						// TODO Auto-generated catch block
						e.printStackTrace();
					}
					
					System.out.println(getName()+"卖票，票号为:"+ticket);
					ticket--;
				}
				else {
					break;
				}
			}
		}
	}
}


public class WindowTest2 {

	public static void main(String[] args) {
		Window2 t1=new Window2();
		Window2 t2=new Window2();
		Window2 t3=new Window2();
		
		t1.setName("窗口1");
		t2.setName("窗口2");
		t3.setName("窗口3");
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}

运行结果：

窗口2卖票，票号为:100
窗口2卖票，票号为:99
窗口2卖票，票号为:98
窗口2卖票，票号为:97
窗口2卖票，票号为:96

....................

窗口3卖票，票号为:6
窗口3卖票，票号为:5
窗口3卖票，票号为:4
窗口3卖票，票号为:3
窗口3卖票，票号为:2
窗口3卖票，票号为:1

方法二：同步方法，第一个例子

同步方法解决Runnable接口创建的线程的安全问题

class Window3 implements Runnable{

	private   int ticket=100;

	@Override
	public void run() {
			while (true) {
				show();
				if(ticket<=0)  break;
			}		
			
		
	}
	
	
	//同步方法同步监视器是this
//	在本例子中，this指的是当前类的对象，即wtc
	private  synchronized void show() {

			if(ticket>0) {
				
				try {
					Thread.sleep(100);
				} catch (InterruptedException e) {
					
					e.printStackTrace();
				}
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ticket:"+ticket);
				--ticket;
			}

	}
}


public class WindowTest3 {

	public static void main(String[] args) {
		Window3 wtc=new Window3();
		Thread th1=new Thread(wtc);
		Thread th2=new Thread(wtc);
		Thread th3=new Thread(wtc);
		
		th1.setName("窗口1");
		th2.setName("窗口2");
		th3.setName("窗口3");
		
		th1.start();
		th2.start();
		th3.start();
	}
}

 方式二：同步方法第二个例子

解决继承Thread类创建的线程的线程安全问题

 错误示范：show方法的锁是this，this指的是Window4的对象，即t1,t2,t3，3个线程用的不是同一个锁，所以线程不安全

class Window4 extends Thread{

	private static int ticket=100;
	

	@Override
	public void run() {
		while(true) {
			show();
			if(ticket<=0) break;
		}
	}


	/**
	 * 线程不安全
	 * private synchronized void show()表示同步监视器(锁)是this
	 * 这里的this指的是3个Window4的对象，即t1,t2,t3
	 */
	private synchronized void show() {
		if(ticket>0) {
			try {
				Thread.sleep(100);
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
			
			System.out.println(getName()+"卖票，票号为:"+ticket);
			ticket--;
		}
	}
}

public class WindowTest4 {

	public static void main(String[] args) {
//		window4是线程类
		Window4 t1=new Window4();
		Window4 t2=new Window4();
		Window4 t3=new Window4();
		
		t1.setName("窗口1");
		t2.setName("窗口2");
		t3.setName("窗口3");
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}

正确示范：把show方法改为静态的，private static synchronized void show()，此时同步监视器（锁）是Window4.class

class Window4 extends Thread{

	private static int ticket=100;
	

	@Override
	public void run() {
		while(true) {
			show();
			if(ticket<=0) break;
		}
	}


	/**
	 * 线程安全
	 * private staic synchronized void show()表示同步监视器(锁)是Window4.class
	 * Window4.class是唯一的
	 */
	private static synchronized void show() {
		if(ticket>0) {
			try {
				Thread.sleep(100);
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
			
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"卖票，票号为:"+ticket);
			ticket--;
		}
	}
}


public class WindowTest4 {

	public static void main(String[] args) {
//		window4是线程类
		Window4 t1=new Window4();
		Window4 t2=new Window4();
		Window4 t3=new Window4();
		
		t1.setName("窗口1");
		t2.setName("窗口2");
		t3.setName("窗口3");
		
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
	}
}

同步方法总结：

1. 同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明

2.非静态的同步方法，同步监视器是this

        静态方法的同步方法，同步监视器是：当前类本身，即xxx.class

方式三：Lock锁方式解决线程安全问题

JDK5.0新增

class Window5 implements Runnable{

	private int ticket=100;
	//true是公平锁，个进程排队获得锁，释放锁。
	private ReentrantLock  lock=new ReentrantLock(true);
	@Override
	public void run() {
		while (true) {
//			调用锁定方法
			lock.lock();
			try {
				
				if(ticket>0) {
					try {
						Thread.sleep(10);
					} catch (InterruptedException e) {
						// TODO Auto-generated catch block
						e.printStackTrace();
					}
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+ticket);
					
					--ticket;				
				}else {
					break;
				}
			} finally {
//				调用解锁方法
				lock.unlock();
			}
			
		}
		
	}
	
}


public class WindowTest5 {

	public static void main(String[] args) {
		Window5 win=new Window5();
		
//		3个线程公用1个win对象
		Thread th1=new Thread(win);
		Thread th2=new Thread(win);
		Thread th3=new Thread(win);
		
		th1.setName("窗口1");
		th2.setName("窗口2");
		th3.setName("窗口3");
		th1.start();
		th2.start();
		th3.start();
	}
}

运行结果：

窗口1:100
窗口2:99
窗口3:98
窗口1:97
窗口2:96
窗口3:95
窗口1:94

................

窗口1:7
窗口2:6
窗口3:5
窗口1:4
窗口2:3
窗口3:2
窗口1:1

synchronized与Lock的异同？

相同：二者都可以解决线程安全问题

不同 ：synchronized机制在执行完相应的同步代码后，自动的释放同步监视器。Lock需要手动的启动同步(lock()),同时结束同步也需要手动的实现（unlock() ）

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