多线程初阶（二）

news2024/9/22 21:19:36

目录

前言：

synchronized

解析

可重入和不可重入问题

解析

Java中线程安全类

死锁问题

解析

解决死锁问题

解析

内存可见性

解析

volatile关键字

解析

wait，notify

解析

小结：

前言：

    针对上篇文章讲到的线程安全问题，我们需要保证一些指令的原子性，在代码中可以通过加锁实现。针对于加锁，这个是有一定的开销的，还有可能导致死锁问题。因此在加锁的时候要慎重考虑。

synchronized

    1）修饰普通方法是把锁加到当前引用对象上。

    2）修饰静态方法是把锁加到类对象上。

    3）修饰代码块，可以指定加到哪个对象上。

注意：

    如果两个线程针对同一个对象加锁，就会出现锁竞争/冲突，一个线程能够获得到锁，先到的线程先获得锁。另一个线程则需要阻塞等待，直到上一个线程解锁（方法执行完），这个线程就可以回到就绪队列，才能够获取到锁。

    这里加锁虽然在方法上修饰，但实际加锁都是加到对象上面的。只有两个线程针对同一个对象加锁，才会出现锁冲突。如果针对不同对象加锁，则都会获取到锁，不会产生阻塞等待。

class Cumsum {
    public int a = 0;
    synchronized public void add() {
        a++;
    }
}
public class ThreadDemo15 {
    public static void main(String[] args) {
        Cumsum cumsum = new Cumsum();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for(int i = 0; i < 5000; i++) {
                     cumsum.add();
                }

            }
        });
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for(int i = 0; i < 5000; i++) {
                    cumsum.add();
                }
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();
        try {
            t1.join();
            t2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(cumsum.a);

    }
}

解析

    上篇讲述到这段代码，不加锁运行结果是有bug的，加了锁之后就正确了。不加锁出bug的原因在上片文章有讲述到，就是典型的线程安全问题。那么为什么加了锁之后代码就是正确呢？

    首先这里有两个线程t1和t2，main线程会阻塞等待，这两个线程并发执行。如果第一个线程首先获取到锁，这个锁是加到cumsum对象上的，当第二个线程在尝试获取到这个对象的锁，就会产生阻塞等待（对象是同一个）。直到上一个线程释放了这个对象的锁，这个线程才可以获取这个锁成功。获取锁成功后读取到a的值肯定是save过的，即就是正确的数值。

可重入和不可重入问题

    如果一个线程在一个方法里尝试针对同一个对象加锁两次，第一次加锁成功后，第二次在尝试对这个方法加锁，就会产生阻塞等待。即就会阻塞在这个方法里，第一次加的锁没有办法释放，程序就会一直阻塞在这里，产生死锁问题。

    针对给一个对象加锁两次产生的死锁问题，在java里很可能会写出这样的代码，因此synchronized就设计为可重入锁。对于这样死锁现象，可重入锁就不会产生阻塞等待，就会放过它，即代码可以正常执行。对于这样原因产生死锁问题，即就是不可重入锁。

class Add {
    public static int a = 0;
    synchronized public  void add() {
        a++;
    }
    synchronized public void add2() {
        synchronized (this) {
           a++;
       }
    }
}
public class ThreadDemo11 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Add add2 = new Add();
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for(int i = 0; i < 5000; i++) {
                    add2.add();
                }
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for(int i = 0; i < 5000; i++) {
                    add2.add2();
                }
            }
        });
        //执行一次a++需要，load,add,save(都内存数据到寄存器，寄存器值++, 寄存器值写回内存)
        //由于两个线程是并发执行的，这些指令会随机组合（抢占式执行，随意调度），就会产生线程安全问题（不同的顺序，结果就会产生差异）
        //第二个线程读取的值是在第一个线程保存后读取的1，就会加2次（线程安全）
        //两次读取的值都为0，则最终只加1. 在一次线程切换中，另一个线程可能会执行多次三步流程（线程不安全）
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println(Add.a);
    }
}

解析

    如果第一个线程先执行，会给add2对象加锁成功。这个时候第二个线程在尝试对于这个对象加锁就会产生阻塞等待。当第一个线程释放锁之后，第二个线程就会针对于这个对象加锁成功，执行代码块的时候又会针对这个对象加锁第二次，由于synchronized是可重入锁，即在这里不会产生死锁问题，即代码就会正常执行。

Java中线程安全类

    Vector  HashTable  ConcurrentHashMap  StringBuffer 这些集合类中都内置了synchronized锁，多线程中线程是安全的。String类由于不可修改性，即天然就是线程安全的。

    AyyayList  LinkedList  HashMap  TreeMap  HashSet  TreeSet  StringBuilder 这些集合类中在线程安全问题需要手动加锁。

死锁问题

    上面说的在一个线程里给一个对象加两次锁，如果锁是不可重入锁，那么就会产生死锁。如果线程1先获取到锁A，被调度走，线程2先获取到锁B，再尝试获取锁A，就会阻塞等待，线程1调度回来获取锁B，也会阻塞等待。这个时候两个线程都在等对方释放锁，程序就会卡着不动了，产生了死锁问题。多个线程多把锁，如果每个线程都获取到锁，并且都在等对方释放锁，那么每个线程都会卡着不动，产生死锁问题。

    死锁问题的核心就是循环等待，想要解决死锁问题，那么就需要打破这种循环等待。

public class ThreadDemo12 {
    public static void main(String[] args) {
        Object o1 = new Object();
        Object o2 = new Object();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (o1) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (o2) {
                        System.out.println("aaaa");
                    }
                }
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (o2) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (o1) {
                        System.out.println("bbbbb");
                    }
                }
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

解析

    线程1先个o1对象加锁，然后sleep()，线程2给o2加锁，然后sleep()。接下来线程1尝试获取o2的锁，线程2尝试获取o1的锁，即两个线程都会阻塞等待，产生死锁。

解决死锁问题

    给锁编号，约定获取锁的顺序，从小到大或者从大到小。任意线程在加锁的时候都遵循这样的规则，就可以打破循环等待的问题，那么死锁问题也就解决了。

public class ThreadDemo12 {
    public static void main(String[] args) {
        Object o1 = new Object();
        Object o2 = new Object();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (o1) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (o2) {
                        System.out.println("aaaa");
                    }
                }
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (o1) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (o2) {
                        System.out.println("bbbbb");
                    }
                }
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

 解析

    线程1先获取o1再获取o2的锁，线程2也遵循这样的规则。调整了获取锁的顺序后，可以清楚看见代码正常执行了。

内存可见性

    如果针对于同一个变量即读又写，那么就会涉及内存可见性问题。实质上是编译器优化导致的bug。

    对于一个变量的修改，首先需要读取内存的数据到寄存器中，然后在寄存器中修改这个变量，最终写回到内存中。编译器优化可能会认为这个变量是不可变的，即在每次读数据的时候，只读取寄存器中的值，而不是修改后内存中的数据。这就导致读的数据就是修改之前的。

    一个线程针对于一个变量进行修改操作，同时另一个线程针对这个变量读取操作。此时读取到的值不一定是修改后的值，这个线程没有感知到这个变量的变化。

class Counter {
    //不能修饰局部变量
    //局部变量在不同的线程里占用不同的栈空间，意味这就是不同的变量（每个线程都有自己的栈空间）
    public int flag = 0;
}
public class ThreadDemo16 {
    public static void main(String[] args) {

        Counter counter = new Counter();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (counter.flag == 0) {

                }
                System.out.println("aaaa");
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Scanner scanner = new Scanner(System.in);
                counter.flag = scanner.nextInt();
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

解析

    当t2线程修改掉flag值为2时，t1线程在while中死循环。因为t1线程读取到的值是没有修改的flag。这就是编译器优化导致认为flag是不可变的，即每次都是读取寄存器中的值，而不是t2线程修改后内存中的值。 

volatile关键字

    解决内存可见性，使用volatile关键字。声明这个变量是可变的，即告诉编译器在每次读取数据时，需要读取内存中的数据，而不是寄存器中的数据。这个时候编译器就不会随便优化了。

class Counter {
    //不能修饰局部变量
    //局部变量在不同的线程里占用不同的栈空间，意味这就是不同的变量（每个线程都有自己的栈空间）
    volatile public int flag = 0;
}
public class ThreadDemo16 {
    public static void main(String[] args) {

        Counter counter = new Counter();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (counter.flag == 0) {

                }
                System.out.println("aaaa");
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Scanner scanner = new Scanner(System.in);
                counter.flag = scanner.nextInt();
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

 解析

    当给flag加上volatile关键字声明是可变的之后，while循环后的语句顺利打印了，说明t1线程读取到了t2线程修改后的值。因为voiatile修饰后，就会认为这个变量是可变的，即每次都会同步内存中的数据，即也就解决了内存可见性问题。

wait，notify

    由于线程的抢占式执行，随机调度。wait可以让线程主动放弃cpu的调度，进入阻塞队列。让其他线程可以被调度，可以控制线程的调度时机。当使用wait主动放弃cpu的时候，需要其他线程通过notify来唤醒该线程，进入就绪队列。wait和notify都是Object类下的方法。

    wait主动放弃cpu调度的机制，首先会释放锁，然后线程阻塞等待。那么在释放锁的时候需要有锁，即需要先得到锁然后在释放锁，进入阻塞队列。为什么这样设定呢？释放锁之后其他线程可以给这个对象加锁，就不会导致这个对象一直被加锁。wait不加任何参数就是死等。某个线程调用wait方法，就会进入阻塞队列（无论是哪个对象），此时就处在WAITING状态。

    notify通知线程唤醒机制。再唤醒线程也需要获得锁才可以唤醒线程。即首先需要获取锁，然后调用notify方法，唤醒线程进入就绪队列。notify只能唤醒同一个对象调用wait所阻塞的线程，如果有多个线程都在阻塞，则随机唤醒一个。notifyAll可以全部唤醒，一起进入就绪队列。这里的notify唤醒wait不会有任何异常。

public class ThreadDemo17 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object object = new Object();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("t1前");
                synchronized (object) {
                    try {
                        object.wait(); //不加任何参数就是死等
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("t1后");
            }
        });

        //notify只能唤醒同一个对象上的等待线程
        //如果和wait对象不一致，则不生效
        //多个线程wait的时候，notify随机唤醒一个，notifyAll全部唤醒，一起竞争锁
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("t2前");
                synchronized (object) {
                    object.notify();
                }
                System.out.println("t2后");
            }
        });
        t1.start();
        Thread.sleep(500);
        t2.start();
    }
}

解析

    需要保证先启动t1线程通过synchronized先给object加上锁，然后通过wait方法释放锁，使该线程阻塞等待。当t2线程执行的时候，也是通过synchronized先给object加上锁，然后object对象调用notify方法通知t1线程，进入就绪队列。可以看见代码的执行顺序也是这样。这里wait和notify方法的调用对象需要一致，才能明确具体通知哪一个线程。

小结：

    与大家共勉歌德的名言：志向和热爱是伟大行为的双翼。 

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[附源码]计算机毕业设计基于springboot的云网盘设计

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项目运行 环境配置&#xff1a; Jdk1.8 Tomcat7.0 Mysql HBuilderX&#xff08;Webstorm也行&#xff09; Eclispe&#xff08;IntelliJ IDEA,Eclispe,MyEclispe,Sts都支持&#xff09;。 项目技术&#xff1a; SSM mybatis Maven Vue 等等组成&#xff0c;B/S模式 M…
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linux网络编程之tcp

linux网络编程之tcp

相关函数 int socket(int domain,int type,int protocol);参数&#xff1a; domain&#xff1a; AF_INET AF_INET6 AF_UNIX,AF_LOCAL AF_NETLINK AF_PACKET type&#xff1a; SOCK_STREAM: 流式套接字&#xff0c;唯一对应于TCP SOCK_DGRAM:数据报套接字&#xff0c;唯一对应着…
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【第七章 MySQL体系结构、存储引擎、InnoDB、MyISAM、Memory、存储引擎特点及选择】

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第七章 MySQL体系结构、存储引擎、InnoDB、MyISAM、Memory、存储引擎特点及选择 1.MySQL体系结构&#xff1a; ①连接层&#xff1a; 最上层是一些客户端和链接服务&#xff0c;包含本地sock 通信和大多数基于客户端/服务端工具实现的类似于TCP/IP的通信。主要完成一些类似于连…
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[Power Query] 日期和时间处理

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Power Query查询编辑器为日期和时间数据提供了强大而快捷的处理方式 例1: 从日期中提取年、月份、日、季度、周、天等信息 数据源 步骤1:将数据源导入到Power BI Desktop&#xff0c;单击【转换数据】选项&#xff0c;进入Power Query查询编辑器界面 步骤2:选中"日期&qu…
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【概念】数据仓库和数仓建模

【概念】数据仓库和数仓建模

数据仓库 数仓主要特征 面向主题&#xff1a;每个需求和表都属于一个主题&#xff0c;可以用主题来对数仓的表分门别类集成性&#xff1a;将异构数据源&#xff0c;比如MySQL和服务器埋点日志&#xff0c;统一转换成结构化的hive表数据存储到ODS层非易失性&#xff1a;对历史…
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