Java多线程——深入理解"脏读"

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2023-06-03 10:59 26阅读 0赞

## Java多线程——深入理解"脏读" ##

>   脏读：某线程取到的数据是被其他线程所修改过的。

####   在Java中，若没有使用加锁操作，所有的线程之间是异步执行的，因此就会产生"脏读"导致数据的丢失或错误。 ####

####   首先来看根本没有任何加锁操作的情况。 ####

class MyThread implements Runnable{
    
    	    private int num = 5;
    	
    	    @Override
    	    public void run() {
    	        showNum();
    	    }
    	
    	    public void showNum(){
    	        while (num>0){
    	            num--;
    	            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+num);
    	        }
    	    }
    	}
    	
    	public class DirtyReadTest {
    	
    	    public static void main(String[] args) {
    	        MyThread myThread = new MyThread();
    	        new Thread(myThread,"A").start();
    	        new Thread(myThread,"B").start();
    	    }
    	}
    
    	// 执行结果
    	B:3
    	A:3
    	A:2
    	A:1
    	A:0

>   程序解读：从这个执行结果可以看出，A:3并且B:3，同一个3出现了两次，明显与逻辑不符，出现了"脏读"。

####   此时需要给该方法加上synchronized关键字，从而保证一次只会有一个线程进入该方法，保证同步即线程安全。 ####

public synchronized void showNum(){
            while (num>0){
                num--;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+num);
            }
        }
    
    	// 执行结果
    	A:4
    	A:3
    	A:2
    	A:1
    	A:0

>   程序解读：此时线程A始终拥有该对象的锁，由于线程A和线程B都是在调用对象MyThread，因此A反复进行打印知道num=-1，而当A释放锁后，B获取到锁，此时第一次判断num>0的结果就是false，while循环不会进入，程序执行结束。

####   现在就产生一个疑惑，有了synchronized关键字修饰真的就完全保证了同步吗？ ####

####   实际上与程序是如何编写的有很大的关系，举个栗子： ####

class PublicVar{
    	    private String username = "A";
    	    private String password = "AA";
    	
    	    public synchronized void setValue(String username,String password){
    	        try {
    	            this.username = username;
    	            Thread.sleep(5000);
    	            this.password = password;
    	            System.out.println("setValue method thread name="
    	                        +Thread.currentThread().getName()+" username="
    	                        +username+" password="+password);
    	        } catch (InterruptedException e) {
    	            e.printStackTrace();
    	        }
    	    }
    	
    	    public void getValue(){
    	        System.out.println("getValue method thread name="
    	                +Thread.currentThread().getName()+" username="
    	                +username+" password="+password);
    	    }
    	}
    	
    	class ThreadA extends Thread{
    	
    	    PublicVar publicVar = null;
    	
    	    public ThreadA(PublicVar publicVar) {
    	        this.publicVar = publicVar;
    	    }
    	
    	    @Override
    	    public void run() {
    	        publicVar.setValue("B","BB");
    	    }
    	}
    	
    	public class DirtyReadTest2 {
    	
    	    public static void main(String[] args) {
    	
    	        try {
    	            PublicVar publicVar = new PublicVar();
    	            ThreadA threadA = new ThreadA(publicVar);
    	            threadA.start();
    	            
    	            // 程序的结果与这个睡眠时间相关
    	            // 此处的睡眠时间>setValue()中的睡眠时间：
    	            		等设置完值后才取得值，不会出现脏读。
    	            // 此处的睡眠时间<setValue()中的睡眠时间：
    	            		没等设置完值就取得值，会出现脏读。
    	            Thread.sleep(200);
    	            publicVar.getValue();
    	        } catch (InterruptedException e) {
    	            e.printStackTrace();
    	        }
    	    }
    	}
    	
    	// 打印结果
    	getValue method thread name=main username=B password=AA
    	setValue method thread name=Thread-0 username=B password=BB

>   程序解读：简单的说一下这段代码，就是在用户设置完对象的属性前，直接取得对象的属性，导致该对象设置属性过程中(仅设置了username，还未设置password)，就直接使用getValue()获取该对象的值，导致了"脏读"的产生。

####   由上述代码及可看出，编写了synchronized但并不能完全保证同步，此时疑问又来了，synchronized本来就是因为同步而产生了，为什么现在不能保证了呢？ ####

####   其实synchronized是可以保证同步的，这段代码出现"脏读"的原因是getValue()并不是同步的，由于`某个线程获得对象锁时，其他线程可以随意调用非同步方法`。因此，要想实现设置完值后才允许获得值，就需要getValue()与setValue()同步，因此需要将getValue()也设置为同步方法即可。 ####

public synchronized void getValue(){
            System.out.println("getValue method thread name="
                    +Thread.currentThread().getName()+" username="
                    +username+" password="+password);
        }
    	
    	// 打印结果
    	setValue method thread name=Thread-0 username=B password=BB
    	getValue method thread name=main username=B password=BB

>   程序解读：getValue()一定会等setValue()执行完才执行，因为这两个方法锁的是同一个对象(this)，而在主函数中setValue()一定是优先于getValue()调用，避免"脏读"的产生。

####   `某个线程获得对象锁时，其他线程不能调用其他同步方法，必须要等待该线程执行结束。` ####

####   同样再举一个难以判断的栗子，明明已经使用了synchronized锁，却因为程序设计的问题而导致脏读的产生。 ####

class MyOneList{
    	    private List list = new ArrayList();
    	    public synchronized void add(String data){
    	        list.add(data);
    	    }
    	    public synchronized int getSize(){
    	        return list.size();
    	    }
    	}
    	
    	/**
    	 * 创建一个只含1个元素的list
    	 */
    	class MyService{
    	    public MyOneList addServiceMethod(MyOneList list,String data){
    	        try {
    	            if (list.getSize()<1){
    	                // 模拟从远程花费2s取回数据
    	                Thread.sleep(2000);
    	                list.add(data);
    	            }
    	        } catch (InterruptedException e) {
    	            e.printStackTrace();
    	        }
    	        return list;
    	    }
    	}
    	
    	// 两个线程分别插入"A"和"B"
    	class MyThread1 extends Thread{
    	    private MyOneList list;
    	
    	    public MyThread1(MyOneList list) {
    	        this.list = list;
    	    }
    	
    	    @Override
    	    public void run() {
    	        MyService myService = new MyService();
    	        myService.addServiceMethod(list,"A");
    	    }
    	}
    	
    	class MyThread2 extends Thread{
    	    private MyOneList list;
    	
    	    public MyThread2(MyOneList list) {
    	        this.list = list;
    	    }
    	
    	    @Override
    	    public void run() {
    	        MyService myService = new MyService();
    	        myService.addServiceMethod(list,"B");
    	    }
    	}
    	
    	public class DirtyReadTest3 {
    	
    	    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    	        MyOneList list = new MyOneList();
    	        MyThread1 thread1 = new MyThread1(list);
    	        thread1.setName("A");
    	        MyThread2 thread2 = new MyThread2(list);
    	        thread2.setName("B");
    	
    	        thread1.start();
    	        thread2.start();
    	
    	        Thread.sleep(6000);
    	        System.out.println("listSize = "+list.getSize());
    	    }
    	}
    	
    	// 打印结果
    	listSize = 2

>   程序解读：这段代码明明使用了synchronized同步代码块了，但却没有输出正确的结果，其原因是两个线程调用了非同步的方法addServiceMethod()，虽然add()是同步的，但两个线程都可以异步进入addServiceMethod()，并在进行if判断时，两个线程都可以进入if语句块中(异步，因此两个线程进入是size都==0)，只不过是两个线程是顺序(同步)的执行了add()方法(同步方法)，因此最终的结果为2。

####   因此这段代码需要进行改进，即"同步化"，将list作为对象放在synchronized代码块中，正是需要对list参数的getSize()方法做同步的调用，所以就对list参数进行同步处理。 ####

public MyOneList addServiceMethod(MyOneList list,String data){
            try {
                synchronized (list){
                    if (list.getSize()<1){
                        // 模拟从远程花费2s取回数据
                        Thread.sleep(2000);
                        list.add(data);
                    } 
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return list;
        }
    	
    	// 打印结果
    	listSize = 1

>   程序解读：此时将list作为对象进行同步化处理，两个线程在进行判断前是按照顺序执行的，因此，若线程1先抢到list锁，线程2此时需要等待线程1执行完同步块中的语句后再进入同步块，而当线程1执行完后，size==1，此时线程2在执行到if判断时就不会进入语句块，因此会输出正确的结果。

####   总结： ####

#####    使用synchronized同步机制可以很好的解决"脏读"的问题，使得线程安全。但一定要考虑全面，合理正确的使用synchronized机制，避免"脏读"问题的产生。 #####