【多线程】| 线程冲突解决方案

news2024/11/19 22:37:42

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  • 🦁 线程同步
    • 1.什么是线程冲突？
    • 2.什么是线程同步？
    • 3.解决线程同步的方案
      • 3.1语法结构
      • 3.2synchronized使用
  • 🦁 synchronized详细用法
    • 1. 使用this作为线程锁对象
      • 1.1 语法结构：
      • 1.2 使用说明
    • 2. 使用字符串作为线程对象锁
      • 2.1 语法结构
      • 2.2 使用说明
    • 3. 使用Class作为线程对象锁
      • 3.1 语法结构
      • 3.2 使用说明
    • 4. 使用自定义对象作为线程对象锁
      • 4.1 语法结构
      • 4.2 使用说明
  • 🦁 conclusion

🦁 线程同步

在这里插入图片描述

1.什么是线程冲突？

同一进程内的线程是共享同一内存空间的，所以在多个线程的进程里，线程是可以同时操作这个进程空间的数据的，这样就容易造成线程冲突的情况。

举个小李子：一个房子里（代表一个进程），只有一个厕所（代表一个资源）。屋子里面有两个人A和B（代表两个线程），共用这个厕所。一天A去上厕所了，一上就仨小时。到第三个小时的时候，B实在忍不住了，直接就开门进去把在里面玩手机的A轰了出来。然后A就被赶出来了，嘴里骂骂咧咧……

这里说明了什么呢？？？我们前面说了进程间线程是按照时间片轮询的方式执行的，A执行了三个小时，换到B，可是A还没有执行完成啊！！！厕所里面的数据还在运作，就被B给搅浑了。。。。。那怎么成（虽说A不厚道）！！！这就是线程冲突。

如何来解决这个问题呢？？？？（后面揭晓！）

只需记住：“将并发任务转为串行任务就迎刃而解了”

2.什么是线程同步？

多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象。 这时候，我们就需要用到“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后，下一个线程再使用。

按这个说法，只要A能让B持续在厕所外面等待A并且即使有想冲进去的想法也奈何不了A的时候，是不是就解决了这个冲突？？？

那么A是不是把门给锁上就好了？只要A还没执行完，B就需要在外面等待(你看，这不就是并行变串行？)。。。（现实生活不建议，缺德。。）

3.解决线程同步的方案

那么在Java中，我们如何实现这个同步呢？？？

Java语言提供了专门机制以解决这种冲突，有效避免了同一个数据对象被多个线程同时访问造成的这种问题。这套机制就是synchronized关键字

3.1语法结构

synchronized(锁对象){ 
　　 同步代码
 }

右三部分组成，synchronized、锁对象、{}。其中

锁对象：决定了让哪些线程有互斥的效果。

3.2synchronized使用

它有两种用法：

  • 要么加在方法的前面（方法声明）
  • 要么写成一个代码块（回想static代码块）
  1. 方法声明：放在访问控制符(public)之前或之后。（不建议）
public  synchronized  void accessVal(int newVal);
  1. synchronized块：这里还是以前面的例子为例，厕所是A和B同时操作的对象，所以synchronized就应该以厕所为锁对象。
synchronized(W.C.){
	doSomething();
}

tips:

若将一个大的方法声明为synchronized 将会大大影响效率。synchronized 块可以让我们精确地控制到具体的“成员变量”，缩小同步的范围，提高效率。

🦁 synchronized详细用法

现在来看看synchronized锁对象还能如何定义？

1. 使用this作为线程锁对象

在所有线程中相同对象中的synchronized会互斥

1.1 语法结构：

有两种：

synchronized(this){ 
　　  //同步代码 
　  }

public synchronized void accessVal(int newVal){

//同步代码

}

1.2 使用说明

/**
 * 定义程序员类
 */
class Programmer{
  private String name;
  public Programmer(String name){
    this.name = name;
   }
  /**
   * 打开电脑
   */
   public void computer(){
     synchronized(this){
      try {
        System.out.println(this.name + " 接通电源");
        Thread.sleep(500);
        System.out.println(this.name + " 按开机按键");
        Thread.sleep(500);
        System.out.println(this.name + " 系统启动中");
        Thread.sleep(500);
        System.out.println(this.name + " 系统启动成功");
       } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
       }   
     }
   }
  /**
   * 编码
   */
  synchronized public void coding(){
      try {
        System.out.println(this.name + " 双击Idea");
        Thread.sleep(500);
        System.out.println(this.name + " Idea启动完毕");
        Thread.sleep(500);
        System.out.println(this.name + " 开开心心的写代码");
       } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
       }
     }
}


/**
 * 打开电脑的工作线程
 */
class Working1 extends Thread{
  private Programmer p;
  public Working1(Programmer p){
    this.p = p;
   }
  @Override
  public void run() {
    this.p.computer();
   }
}


/**
 * 编写代码的工作线程
 */
class Working2 extends Thread{
  private Programmer p;
  public Working2(Programmer p){
    this.p = p;
   }
  @Override
  public void run() {
    this.p.coding();
   }
}

public class TestSyncThread {
  public static void main(String[] args) {
    Programmer p = new Programmer("Lion");
    new Working1(p).start();
    new Working2(p).start();
   }
}

这里程序员类中如果不加synchronized(this)，那么就会测试类中两个线程就会并发执行，又开电脑，又开IDEA，这是不可能的，必须先打开电脑再打开IDEA。加入synchronized(this)就代表了当前对象如果是同一个对象，则会将并发变为串行。

2. 使用字符串作为线程对象锁

所有线程在执行synchronized时都会同步。（也就是不同的对象也会进行线程互斥）

2.1 语法结构

synchronized(“字符串”){ 
　　  //同步代码 
　  }

这里的字符串可以任意填写，空串也行。。。

2.2 使用说明

我们依然引用上面的例子，在程序员类添加一个方法，如下：

 /**
   * 去卫生间
   */
  public void wc(){
    synchronized ("t") {
      try {
        System.out.println(this.name + " 打开卫生间门");
        Thread.sleep(500);
        System.out.println(this.name + " 开始排泄");
        Thread.sleep(500);
        System.out.println(this.name + " 冲水");
        Thread.sleep(500);
        System.out.println(this.name + " 离开卫生间");
       } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
       }
     }
   }
}

/**
 * 去卫生间的线程
 */
class WC extends Thread{
  private Programmer p;
  public WC(Programmer p){
    this.p = p;
   }
  @Override
  public void run() {
    this.p.wc();
   }
}

我们在测试的时候，创建两个不同的程序员

public class TestSyncThread {
  public static void main(String[] args) {
    Programmer p1 = new Programmer("A");
    Programmer p2 = new Programmer("B");
    new WC(p1).start();
    new WC(p2).start();
   }
}

这时候他们并不会一起上厕所，而是一个上完另一个才去上。

3. 使用Class作为线程对象锁

tips：

此Class非彼class！！！——>前者是一个类，后者是Java的一个关键字（有兴趣可以去查查看，没骗你哦！）

**Class 类型的对象是 Java 中的一个特殊对象，每个类在 JVM 中都有一个对应的 Class 对象，用于描述该类的结构。**当我们使用 Class 对象作为锁时，可以保证同一时刻只有一个线程可以访问该 Class 类型对象所同步的代码块.

在所有线程中，拥有相同Class对象中的synchronized会互斥

3.1 语法结构

// 推荐
synchronized(XX.class){ 
　　  //同步代码 
　  }

跟前面不一样，这里的synchronized加在静态方法的前面，表示它所在类以class模板作为线程对象锁，因为静态方法不能使用this

synchronized public static void accessVal()

3.2 使用说明

场景：同一部门的员工去领奖金互斥，不同部门的员工去领奖金并行。

还是复用上面的代码,添加一个销售部门，并且都添加一个领取奖金的方法（领奖金都是一个一个领的，不会一群人同时领）和相关的线程类。

/**
 * 定义销售员工类
 */
class Sale{
  private String name;
  public Sale(String name){
    this.name = name;
   }
  /**
   * 领取奖金
   */
   public void money(){
      synchronized(Sale.class){
       try {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被领导表扬");
        Thread.sleep(500);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 拿钱");
        Thread.sleep(500);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 对公司表示感谢");
        Thread.sleep(500);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开开心心的拿钱走人");
       } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
       }
     }
   }
}
// 在程序员的代码里面也添加同样的方法表示领取奖金。这里使用不一样的写法
/**
   * 领取奖金
   */
   public synchronized static void money(){
       try {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被领导表扬");
        Thread.sleep(500);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 拿钱");
        Thread.sleep(500);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 对公司表示感谢");
        Thread.sleep(500);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开开心心的拿钱走人");
       } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
       }
     }
}


/**
 * 程序员领取奖金线程
 */
class ProgrammerMoney extends Thread{
  private Programmer p;
  public ProgrammerMoney(Programmer p){
    this.p = p;
   }
  @Override
  public void run() {
    this.p.money();
   }
}

/**
 * 销售部门领取奖金线程
 */
class SaleMoney extends Thread{
  private Sale p;
  public SaleMoneyThread(Sale p){
    this.p = p;
   }
  @Override
  public void run() {
    this.p.money();
   }
}

测试：

public class TestSyncThread {
  public static void main(String[] args) {
    Programmer p = new Programmer("张三");
    Programmer p1 = new Programmer("李四");
    new ProgrammerMoney(p).start();
    new ProgrammerMoney(p1).start();
    Sale s = new Sale("张晓丽");
    Sale s1 = new Sale("王晓红");
    new SaleMoney(s).start();
    new SaleMoney(s1).start();
   }
}

可以发现：p和p1互斥，s和s1互斥，但是p类型的对象和s类型的对象并发进行。

tips:

同一时刻只有一个线程可以运行 run() 方法中 synchronized 块中的代码。

需要注意的是，在使用 Class 对象作为线程对象锁时，需要确保所有线程都使用同一个 Class 对象锁，否则无法保证同步性。

4. 使用自定义对象作为线程对象锁

在所有线程中，拥有相同自定义对象中的synchronized会互斥

4.1 语法结构

只有一种结构

synchronized(自定义对象){ 
　　  //同步代码 
}

4.2 使用说明

public class MyClass {
    private final Object lock = new Object();

    public void myMethod() {
        synchronized (lock) {
            // 同步块中的代码
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyClass obj = new MyClass();

        Thread thread1 = new Thread(new MyThread(obj));
        Thread thread2 = new Thread(new MyThread(obj));

        thread1.start();
        thread2.start();

        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class MyThread implements Runnable {
    private MyClass obj;

    public MyThread(MyClass obj) {
        this.obj = obj;
    }

    public void run() {
        obj.myMethod();
    }
}

在上面的代码中，我们定义了一个 MyClass 类，其中包括一个 myMethod() 方法和一个 lock 对象，lock 对象作为自定义对象锁。

在 myMethod() 方法中，我们使用 synchronized 关键字来实现同步，将 lock 对象作为同步锁。在 main() 方法中，我们创建了两个线程并启动它们，这两个线程共享的锁对象是 MyClass 实例中的 lock 对象，因此在同一时刻只有一个线程可以运行 myMethod() 方法中 synchronized 块中的代码。

需要注意的是，使用自定义对象作为线程对象锁时，需要确保所有线程都使用同一个锁对象，否则无法保证同步性。此外，为了避免出现死锁情况，同步块中的代码应该尽量简短，以免占用锁时间过长。

🦁 conclusion

使用synchronized处理线程同步时，有四种锁对象类型

  1. this关键字，代表当前对象，使用它表示在所有线程中，同一个对象执行的不同操作会发生互斥（同时打开电脑和打开IDEA）
  2. 字符串：表示不同线程在执行同一个操作时，也会发生互斥
  3. Class类对象模板：表示使用同一对象模板的实例执行某一操作时会发生互斥，不同对象模板实例执行同一操作还是会并发。
  4. 自定义对象：表示线程间共享的锁对象是同一个自定义对象时，会发生互斥。

tips：
使用synchronized时，最好还是写成synchronized块的形式，把主要互斥的代码放到synchronized块里，提高速率。

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