线程安全问题

线程安全问题指的是，多个线程同时操作同一个共享资源的时候，可能会出现业务安全问题。

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下面代码演示上述问题，先定义一个共享的账户类：

public class Account {
    private String cardId; // 卡号
    private double money; // 余额。

    public Account() {
    }

    public Account(String cardId, double money) {
        this.cardId = cardId;
        this.money = money;
    }

    // 小明 小红同时过来的
    public void drawMoney(double money) {
        // 先搞清楚是谁来取钱？
        String name = Thread.currentThread().getName();
        // 1、判断余额是否足够
        if(this.money >= money){
            System.out.println(name + "来取钱" + money + "成功！");
            this.money -= money;
            System.out.println(name + "来取钱后，余额剩余：" + this.money);
        }else {
            System.out.println(name + "来取钱：余额不足~");
        }
    }

    public String getCardId() {
        return cardId;
    }

    public void setCardId(String cardId) {
        this.cardId = cardId;
    }

    public double getMoney() {
        return money;
    }

    public void setMoney(double money) {
        this.money = money;
    }
}

在定义一个取钱的线程类

public class DrawThread extends Thread{
    private Account acc;
    public DrawThread(Account acc, String name){
        super(name);
        this.acc = acc;
    }
    @Override
    public void run() {
        // 取钱(小明，小红)
        acc.drawMoney(100000);
    }
}

最后，再写一个测试类，在测试类中创建两个线程对象

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
         // 1、创建一个账户对象，代表两个人的共享账户。
        Account acc = new Account("ICBC-110", 100000);
        // 2、创建两个线程，分别代表小明 小红，再去同一个账户对象中取钱10万。
        new DrawThread(acc, "小明").start(); // 小明
        new DrawThread(acc, "小红").start(); // 小红
    }
}

某个执行结果:

小明来取钱100000.0成功！
小红来取钱100000.0成功！
小红来取钱后，余额剩余：-100000.0
小明来取钱后，余额剩余：0.0

三种线程同步方案

为了解决前面的线程安全问题，我们可以使用线程同步思想。同步最常见的方案就是加锁，意思是每次只允许一个线程加锁，加锁后才能进入访问，访问完毕后自动释放锁，然后其他线程才能再加锁进来。
采用加锁的方案，就可以解决前面两个线程都取10万块钱的问题。怎么加锁呢？Java提供了三种方案:

1.同步代码块
2.同步方法
3.Lock锁

线程同步方案1 同步代码块
我们先来学习同步代码块。它的作用就是把访问共享数据的代码锁起来，以此保证线程安全。

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//锁对象：必须是一个唯一的对象（同一个地址）
synchronized(锁对象){
    //...访问共享数据的代码...
}

在共享账户类里使用同步代码块，来解决前面代码里面的线程安全问题。我们只需要修改Account类中的代码即可。

// 小明 小红线程同时过来的
public void drawMoney(double money) {
    // 先搞清楚是谁来取钱？
    String name = Thread.currentThread().getName();
    // 1、判断余额是否足够
    // this表示该账户对象，正好代表共享资源！
    synchronized (this) {
        if(this.money >= money){
            System.out.println(name + "来取钱" + money + "成功！");
            this.money -= money;
            System.out.println(name + "来取钱后，余额剩余：" + this.money);
        }else {
            System.out.println(name + "来取钱：余额不足~");
        }
    }
}


小明来取钱100000.0成功！
小明来取钱后，余额剩余：0.0
小红来取钱：余额不足~

最后，再说一下锁对象如何选择的问题

1.建议把共享资源作为锁对象, 不要将随便无关的对象当做锁对象
//比如上面的代码 我们把锁改为"锁" 这样一个字符串也行 因为这个资源在内存中永远只有一份
//所以各个线程需要去竞争 但是这样好不好？ 明显不行 万一有另外俩个人再创了一个账户 那就变成了四个人竞争一把锁了
2.对于实例方法，建议使用this作为锁对象
3.对于静态方法，建议把类的字节码(类名.class)当做锁对象//这里是Account.class

线程同步方案2 同步方法
同步方法，就是把整个方法给锁住，一个线程调用这个方法，另一个线程调用的时候就执行不了，只有等上一个线程调用结束，下一个线程调用才能继续执行，同样是修改Account类中的代码即可。

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// 同步方法
public synchronized void drawMoney(double money) {
    // 先搞清楚是谁来取钱？
    String name = Thread.currentThread().getName();
    // 1、判断余额是否足够
    if(this.money >= money){
        System.out.println(name + "来取钱" + money + "成功！");
        this.money -= money;
        System.out.println(name + "来取钱后，余额剩余：" + this.money);
    }else {
        System.out.println(name + "来取钱：余额不足~");
    }
}

同步方法有没有锁对象？锁对象是谁？

同步方法也是有锁对象，只不过这个锁对象没有显式的写出来而已。
	1.对于实例方法，锁对象其实是this（也就是方法的调用者）
	2.对于静态方法，锁对象时类的字节码对象（类名.class）

最终，总结一下同步代码块和同步方法有什么区别？

1.不存在哪个好与不好，只是一个锁住的范围大，一个范围小
//锁的范围小一点 性能稍微好一丁点 可以提前加载那些公共区域的代码 但是提升的性能对于现在的计算机来说可以忽略不计
//反而同步方法的可读性要好一些
2.同步方法是将方法中所有的代码锁住
3.同步代码块是将方法中的部分代码锁住

线程同步方案3 Lock锁

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Lock锁是JDK5版本专门提供的一种锁对象，通过这个锁对象的方法来达到加锁，和释放锁的目的，使用起来更加灵活。格式如下

1.首先在成员变量位子，需要创建一个Lock接口的实现类对象（这个对象就是锁对象）
	private final Lock lk = new ReentrantLock();
2.在需要上锁的地方加入下面的代码
	 lk.lock(); // 加锁
	 //...中间是被锁住的代码...
	 lk.unlock(); // 解锁

使用Lock锁改写前面DrawThread中取钱的方法，代码如下

// 创建了一个锁对象
//因为俩个线程公用一个账户 所以建立一个实例变量作为锁是可以的
//用final修饰更专业 防止二次赋值
private final Lock lk = new ReentrantLock();

public void drawMoney(double money) {
        // 先搞清楚是谁来取钱？
        String name = Thread.currentThread().getName();
        try {//用try cath finally写更专业 因为你不能保证被锁的代码没有bug 有bug也要及时解锁
            lk.lock(); // 加锁
            // 1、判断余额是否足够
            if(this.money >= money){
                System.out.println(name + "来取钱" + money + "成功！");
                this.money -= money;
                System.out.println(name + "来取钱后，余额剩余：" + this.money);
            }else {
                System.out.println(name + "来取钱：余额不足~");
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lk.unlock(); // 解锁
        }
    }
}

运行程序结果，观察是否有线程安全问题。到此三种解决线程安全问题的办法我们就学习完了。

线程通信（了解）

什么是线程通信呢？线程通信是当多个线程共同操作共享资源时，线程间通过某种方式互相告知自己的状态，以相互协调，避免无效的资源挣抢。
线程通信的常见模式：是生产者与消费者模型，生产者线程负责生成数据，消费者线程负责消费生产者生成的数据。
注意：生产者生产完数据后应该让自己等待，通知其他消费者消费；消费者消费完数据之后应该让自己等待，同时通知生产者生成。
比如下面案例中，有3个厨师（生产者线程），两个顾客（消费者线程）。

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先分析一下完成这个案例的思路

1.先确定在这个案例中，什么是共享数据？
	答：这里案例中桌子是共享数据，因为厨师和顾客都需要对桌子上的包子进行操作。

2.再确定有那几条线程？哪个是生产者，哪个是消费者？
	答：厨师是生产者线程，3条生产者线程； 
	   顾客是消费者线程，2条消费者线程
	   
3.什么时候将哪一个线程设置为什么状态
	生产者线程(厨师)放包子：
		 1)先判断是否有包子
		 2)没有包子时，厨师开始做包子, 做完之后把别人唤醒，然后让自己等待
		 3)有包子时，不做包子了，直接唤醒别人、然后让自己等待
		 	
	消费者线程(顾客)吃包子：
		 1)先判断是否有包子
		 2)有包子时，顾客开始吃包子, 吃完之后把别人唤醒，然后让自己等待
		 3)没有包子时，不吃包子了，直接唤醒别人、然后让自己等待

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按照上面分析的思路和java Object提供的api写代码。先写桌子类，代码如下

public class Desk {
    private List<String> list = new ArrayList<>();

    // 放1个包子的方法
    // 厨师1 厨师2 厨师3
    //实例方法默认用this作为锁 所以可以保证锁住5个线程 它们公用一个桌子对象
    //锁也是可以跨方法的
    public synchronized void put() {
        try {
            String name = Thread.currentThread().getName();
            // 判断是否有包子。
            if(list.size() == 0){
                list.add(name + "做的肉包子");
                System.out.println(name + "做了一个肉包子~~");
                Thread.sleep(2000);//让程序跑慢点容易观察

                // 唤醒别人, 等待自己
                this.notifyAll();//必须用当前同步锁对象进行调用 否则会出bug
                this.wait();//因为只有锁对象知道当前谁占据着它 谁需要等待
            }else {
                // 有包子了，不做了。
                // 唤醒别人, 等待自己
                this.notifyAll();//注意！！！notifyAll()和wait()位置不能调换
                this.wait();//你如果先wait了 你让自己等待了 那你还怎么唤醒别人
            }
        } catch (Exception e) {//拦截sleep异常
            e.printStackTrace();
        }
    }

    // 吃货1 吃货2
    public synchronized void get() {
        try {
            String name = Thread.currentThread().getName();
            if(list.size() == 1){
                // 有包子，吃了
                System.out.println(name  + "吃了：" + list.get(0));
                list.clear();
                Thread.sleep(1000);
                this.notifyAll();
                this.wait();
            }else {
                // 没有包子
                this.notifyAll();
                this.wait();
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

再写测试类，在测试类中，创建3个厨师线程对象，再创建2个顾客对象，并启动所有线程

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        //   需求：3个生产者线程，负责生产包子，每个线程每次只能生产1个包子放在桌子上
        //      2个消费者线程负责吃包子，每人每次只能从桌子上拿1个包子吃。
        Desk desk  = new Desk();

        // 创建3个生产者线程（3个厨师）
        new Thread(() -> {//匿名内部类写法
            while (true) {
                desk.put();
            }
        }, "厨师1").start();

        new Thread(() -> {
            while (true) {
                desk.put();
            }
        }, "厨师2").start();

        new Thread(() -> {
            while (true) {
                desk.put();
            }
        }, "厨师3").start();

        // 创建2个消费者线程（2个吃货）
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                desk.get();
            }
        }, "吃货1").start();

        new Thread(() -> {
            while (true) {
                desk.get();
            }
        }, "吃货2").start();
    }
}

执行结果如下:

厨师1做了一个肉包子~~
吃货2吃了：厨师1做的肉包子
厨师3做了一个肉包子~~
吃货1吃了：厨师3做的肉包子
厨师1做了一个肉包子~~
吃货1吃了：厨师1做的肉包子
厨师3做了一个肉包子~~
吃货1吃了：厨师3做的肉包子
厨师1做了一个肉包子~~
吃货2吃了：厨师1做的肉包子
//不终止则一直运行下去 可以发现没有出现线程安全问题