文章目录
- 1.概述
- 2.同步和异步
- 3.synchronized同步关键字
- 3.1 写法
- 3.2 前提
- 3.3 特点
- 4.练习-改造售票案例-继承Thread
- 4.1 代码实现
- 4.2 注意事项
- 5.练习-改造售票案例-实现Runnable接口
- 5.1 代码实现
- 5.2 注意事项
- 6.练习-改造售票案例-使用线程池
- 6.1 代码实现
- 6.2 代码分析
- 7.线程锁
- 7.1 悲观锁和乐观锁
- 7.2 两种常见的锁
- 7.2.1 synchronized 互斥锁（悲观锁，有罪假设）
- 7.2.2 ReentrantLock 排他锁（悲观锁，有罪假设）
- 7.2.3 ReentrantReadWriteLock 读写锁（乐观锁，无罪假设）
- 8.使用读写锁改造售票案例
- 8.1 代码实现
- 8.2 两种方式的区别
1.概述
经过前面多线程编程的学习,我们遇到了线程安全的相关问题,比如多线程售票情景下的超卖/重卖现象.
我们如何判断程序有没有可能出现线程安全问题,主要有以下三个条件:
在多线程程序中 + 有共享数据 + 多条语句操作共享数据
多线程的场景和共享数据的条件是改变不了的(就像4个窗口一起卖100张票,这个是业务)
所以思路可以从第3点"多条语句操作共享数据"入手,既然是在这多条语句操作数据过程中出现了问题
那我们可以把有可能出现问题的代码都包裹起来，一次只让一个线程来执行
2.同步和异步
那怎么"把有可能出现问题的代码都包裹起来"呢?我们可以使用synchronized关键字来实现同步效果；
也就是说,当多个对象操作共享数据时,可以使用同步锁解决线程安全问题,被锁住的代码就是同步的；
接下来介绍下同步与异步的概念:
- 同步：体现了排队的效果，同一时刻只能有一个线程独占资源，其他没有权利的线程排队。
- 坏处就是效率会降低，不过保证了安全。
- 异步：体现了多线程抢占资源的效果，线程间互相不等待，互相抢占资源。
- 坏处就是有安全隐患,效率要高一些。
3.synchronized同步关键字
3.1 写法
synchronized (锁对象){
需要同步的代码(也就是可能出现问题的操作共享数据的多条语句);
}
3.2 前提
同步效果的使用有两个前提:
- 前提1：同步需要两个或者两个以上的线程(单线程无需考虑多线程安全问题)
- 前提2：多个线程间必须使用同一个锁(我上锁后其他人也能看到这个锁,不然我的锁锁不住其他人,就没有了上锁的效果)
3.3 特点
- synchronized同步关键字可以用来修饰代码块,称为同步代码块,使用的锁对象类型任意，但注意：必须唯一！
- synchronized同步关键字可以用来修饰方法,称为同步方法
- 同步的缺点是会降低程序的执行效率，但我们为了保证线程的安全,有些性能是必须要牺牲的
- 但是为了性能,加锁的范围需要控制好,比如我们不需要给整个商场加锁,试衣间加锁就可以了
为什么同步代码块的锁对象可以是任意的同一个对象,但是同步方法使用的是this呢?
因为同步代码块可以保证同一个时刻只有一个线程进入
但同步方法不可以保证同一时刻只能有一个线程调用,所以使用本类代指对象this来确保同步
4.练习-改造售票案例-继承Thread
4.1 代码实现
package partFour;
/*设计多线程编程模型，4个窗口购机售票100张
* 本方案使用多线程编程方案1，继承Thread类的方式来完成*/
public class TestThreatv2 {
public static void main(String[] args) {
//5.创建多个线程对象
TicketsThread2 t1 = new TicketsThread2();
TicketsThread2 t2= new TicketsThread2();
TicketsThread2 t3 = new TicketsThread2();
TicketsThread2 t4 = new TicketsThread2();
//6.以多线程的方式启动
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
/* 1.多线程中出现数据安全问题的原因：多线程程序+有共享数据+多条语句可操作共享数据*/
/* 2.同步锁：相当于给容易出现问题的代码加了一把锁，加锁以后，这些代码实现同步效果
* 同步就是排队，需要考虑俩个问题：
* 1）加锁的范围：不能太大，太大，效率太低，不能太小，太小，锁不住
* 2）多个线程对象必须是同一把锁，锁对象只有一个，不然锁不住*/
//1.自定义多线程售票类，继承Thread
class TicketsThread2 extends Thread{
//3.定义变量，保存要卖的票数,需要设置静态，不然4个线程对象每个线程对象都会有100张票
//4个线程对象每个线程对象售票400张，原因是创建了4次对象，各自操作各自的成员变量
// 解决：让所有对象共享同一个数据，票数需要设置为静态
static int tickets = 100;
/* 创建锁对象，锁对象的类型不做限制，但是得唯一*/
//Object o = new Object(); //如果是继承，锁对象不要自定义
//2.重新run方法
@Override
public void run(){
//4.1循环卖票，使用while循环，方便后续演示容易出错的位置
while (true) {
/*当前类的字节码对象，这个是肯定唯一的*/
synchronized (TicketsThread2.class) {
if(tickets>0){//双重校验，解决超卖
//4.2打印当前正在卖票的线程名称，并且票数-1
System.out.println(getName() + "=" + tickets--);
//4.3做判断，如果没有票了，就退出死循环
}
if (tickets <= 0) break;//注意，死循环一定要设置出口
}
}
}
}
4.2 注意事项
- 如果是继承的方式实现多线程，锁对象最好是“类名.class”
否则创建多个自定义类对象时，拥有多个锁对象，锁不住 - 可以使用双重校验，在有票的时候再卖票，解决超卖问题
5.练习-改造售票案例-实现Runnable接口
5.1 代码实现
package partFour;
/*需求：设计多线程编程模型，4个窗口共计售票100张
* 本方案使用多线程编程方案2，实现Runnable接口的方式来完成*/
public class TestRunnablev2 {
public static void main(String[] args) {
//5.创建Runnable接口的实现类对象，作为目标业务对象
TicketsRunnable2 target = new TicketsRunnable2();
//6.创建多个Thread类线程对象，并将target业务交给多个线程对象来处理
Thread t1 = new Thread(target);
Thread t2 = new Thread(target);
Thread t3 = new Thread(target);
Thread t4 = new Thread(target);
//7.以多线程的方式启动多个线程对象
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
//1.自定义多线程类实现Runnable接口
class TicketsRunnable2 implements Runnable {
//3.定义一个成员变量，用来保存票数100
//由于自定义类对象只创建了一次，所以票数被所有线程对象Thread共享
//不需要添加static，只卖了100张票，不会卖400次*/
int tickets = 100;
Object o = new Object();
//2.添加接口中未实现的方法，方法里是我们的业务
@Override
public void run() {
//4.1循环卖票
while (true) {
//synchronized (TestRunnablev2.class) {//此方法也可以，只要保证唯一即可
synchronized (o) {
if (tickets > 0) {
//7.让每个线程经历休眠，增加线程状态切换频率与出错的概率
//问题1：产生重卖的现象，同一张票卖给多人
//问题2：产生了超卖的现象，超出了规定的票数100，出现了0，-1，-2
try {
Thread.sleep(10);//让当前线程休眠10ms
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//4.2打印当前正在售票的线程名称 & 票数-1
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + tickets--);
//4.3设置死循环的出口，没票了就停止卖票
if (tickets <= 0) break;
}
}
}
}
}
5.2 注意事项
如果是继承的方式的话,锁对象最好用"类名.class",否则创建自定义线程类多个对象时,无法保证锁的唯一
6.练习-改造售票案例-使用线程池
6.1 代码实现
在这里插入代码片package partFour;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/* 本类用于使用线程池改写售票案例*/
public class TestRunnablevPoolV2 {
public static void main(String[] args) {
//1.创建实现类也就是目标业务对象
TicktRunnablePool2 target = new TicktRunnablePool2();
//2.使用Excutors创建最多包含5个线程的线程池--ExcutorService
/*Executors是用来辅助创建线程池的工具类
* 常用的方法是：newFixedThreadPoo(int)这个方法可以帮我们创建指定书目线程的线程池*/
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
//3.使用循环，启动线程
for(int i=0; i<5; i++){
/*execute让线程池中的线程来执行业务
* 每次调用这个方法，都会将一个线程加到就绪队列中
* 这个方法的参数，就是我们要执行的具体业务，也就是目标业务类对象target*/
pool.execute(target);
}
}
}
//1.创建接口实现类，作为目标业务量
class TicktRunnablePool2 implements Runnable{
//3.1定义票数
int tickets = 100;
//8.注意在外部添加一个唯一的对象，
Object o = new Object();
//2.添加父接口中未实现的抽象方法，里面是业务
@Override
public void run() {
//3.2循环卖票
while (true) {
/*
* 8.同步代码块：synchronized(锁对象){会出现安全隐患的所有代码}
* 同步代码块在同一时刻，同一资源只会被一个线程独享
* synchronized (new Object()){ 这种写法不对，相当于每个线程进来的时候都会new一个锁对象，线程间使用的并不是同一把锁
* 修改同步代码块的锁对象为成员变量o,因为锁对象必须唯一
* synchronized (TicketRunnable2.class) { 这种写法也是可以的
* */
synchronized (o){
//9.双重判断，有票的时候再卖票，解决超卖
if (tickets>0){
//7.为了增加线程状态切换概率与出错频率，在售票前休眠10毫秒
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("窗口" + Thread.currentThread().getName() + "售票" + tickets--);
if (tickets <= 0) break;
}
}
}
}
}
6.2 代码分析
使用线程池与同步锁结合的方式，即保证了资源不被浪费，也保证了并发情况下的线程安全问题，在日常开发中，这也是经常被使用的方法；
7.线程锁
7.1 悲观锁和乐观锁
**悲观锁：**像它的名字一样，对于并发间操作产生的线程安全问题持悲观状态.
悲观锁认为竞争总是会发生，因此每次对某资源进行操作时，都会持有一个独占的锁,就像synchronized,不管三七二十一，直接上了锁就操作资源了。
**乐观锁：**还是像它的名字一样，对于并发间操作产生的线程安全问题持乐观状态.
乐观锁认为竞争不总是会发生，因此它不需要持有锁，将”比较-替换”这两个动作作为一个原子操作尝试去修改内存中的变量，如果失败则表示发生冲突，那么就应该有相应的重试逻辑。
7.2 两种常见的锁
7.2.1 synchronized 互斥锁（悲观锁，有罪假设）
采用synchronized修饰符实现的同步机制叫做互斥锁机制，它所获得的锁叫做互斥锁。
每个对象都有一个monitor(锁标记)，当线程拥有这个锁标记时才能访问这个资源，没有锁标记便进入锁池。任何一个对象系统都会为其创建一个互斥锁，这个锁是为了分配给线程的，防止打断原子操作。每个对象的锁只能分配给一个线程，因此叫做互斥锁。
7.2.2 ReentrantLock 排他锁（悲观锁，有罪假设）
ReentrantLock是排他锁，排他锁在同一时刻仅有一个线程可以进行访问，实际上独占锁是一种相对比较保守的锁策略，在这种情况下任何“读/读”、“读/写”、“写/写”操作都不能同时发生，这在一定程度上降低了吞吐量。然而读操作之间不存在数据竞争问题，如果”读/读”操作能够以共享锁的方式进行，那会进一步提升性能。
7.2.3 ReentrantReadWriteLock 读写锁（乐观锁，无罪假设）
因此引入了ReentrantReadWriteLock，顾名思义，ReentrantReadWriteLock是Reentrant（可重入）Read（读）Write（写）Lock（锁），我们下面称它为读写锁。
读写锁内部又分为读锁和写锁，读锁可以在没有写锁的时候被多个线程同时持有，写锁是独占的。
读锁和写锁分离从而提升程序性能，读写锁主要应用于读多写少的场景。
8.使用读写锁改造售票案例
8.1 代码实现
package partFour;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/**
* 本类用于改造售票案例,使用可重入读写锁
* ReentrantReadWriteLock
* */
public class TestSaleTicketsV3 {
public static void main(String[] args) {
SaleTicketsV3 target = new SaleTicketsV3();
Thread t1 = new Thread(target);
Thread t2 = new Thread(target);
Thread t3 = new Thread(target);
Thread t4 = new Thread(target);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
class SaleTicketsV3 implements Runnable{
static int tickets = 100;
//1.定义可重入读写锁对象,静态保证全局唯一
static ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(true);
@Override
public void run() {
while(true) {
//2.在操作共享资源前上锁
lock.writeLock().lock();
try {
if(tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + tickets--);
}
if(tickets <= 0) break;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}finally {
//3.finally{}中释放锁,注意一定要手动释放,防止死锁,否则就独占报错了
lock.writeLock().unlock();
}
}
}
}
8.2 两种方式的区别
需要注意的是，用sychronized修饰的方法或者语句块在代码执行完之后锁会自动释放，而是用Lock需要我们手动释放锁，所以为了保证锁最终被释放(发生异常情况)，要把互斥区放在try内，释放锁放在finally内！
与互斥锁相比，读-写锁允许对共享数据进行更高级别的并发访问。虽然一次只有一个线程（writer 线程）可以修改共享数据，但在许多情况下，任何数量的线程可以同时读取共享数据（reader 线程）从理论上讲，与互斥锁定相比，使用读-写锁允许的并发性增强将带来更大的性能提高。
