【Java多线程】线程同步机制（含同步方法）及不安全案例讲解

左手的ㄟ右手 2023-09-23 16:45 134阅读 0赞

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### 文章目录 ###

*  线程同步机制
 *   *  > 线程同步
     *  ※ 不安全案例
     *   *  01 不安全的买票
         *  02 不安全的银行
         *  03 线程不安全的集合
     *  > 同步方法及方法块
     *  ※ 安全类型的集合 CopyOnWriteArrayList

# 线程同步机制 #

*  多个线程操作同一个资源 ，例如：
    
     *  上万人同时抢100张票；
     *  两个银行同时取钱

现实生活中，会遇到“同一个资源，多个人都想使用”的问题，例如：食堂排队打饭，每个人都想吃饭，最简单的解决办法就是，排队，一个一个来。

处理多线程时，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，这时候需要线程同步；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到这个 **对象的等待池** 形成队列，等待前面线程使用完毕，下一个线程再使用。

这个时候需要两种东西： **队列** 和 **锁** ；

## > 线程同步 ##

由于同一个进程的多个线程共享同一个存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入 **锁机制 synchronized** ，当一个线程获得对象的排它锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可，存在以下问题：

*  一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起；
 *  在多线程竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题；
 *  如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁，会导致优先级倒置，引起性能问题；

## ※ 不安全案例 ##

### 01 不安全的买票 ###

线程不同步，可能会出现拿到 -1张票的情况

//不安全的买票
    //线程不安全，会出现负数
    public class UnsafeBuyTicket {
        
        public static void main(String[] args){
        
            BuyTicket station = new BuyTicket();
    
            new Thread(station,"你").start();
            new Thread(station,"我").start();
            new Thread(station,"他").start();
        }
    }
    class BuyTicket implements Runnable{
        
        //票
        private int ticketNums = 10;
        boolean flag = true;//外部停止方式
        @Override
        public void run(){
        
            while(flag){
        
                try {
        
                    buy();
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        }
        private void buy() throws InterruptedException {
        
            //判断是否有票
            if(ticketNums <=0){
        
                flag = false;
                return;
            }
            //模拟延时
            Thread.sleep(100);
            //买票
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
        }
    }

### 02 不安全的银行 ###

多个线程同时对银行发起取钱，会导致出现取多了的情况

//不安全的取钱
    //两个人去银行取钱，账户
    public class UnsafeBank {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //账户
            Account account = new Account(100,"基金");
    
            Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
            Drawing me = new Drawing(account,100,"我");
    
            you.start();
            me.start();
        }
    }
    //账户
    class Account {
        
        int money;//余额
        String name;//卡名
        public Account(int money,String name){
        
            this.money = money;
            this.name = name;
        }
    }
    //银行：模拟取款
    class Drawing extends Thread{
        
        Account account;//账户
        //取了多少钱
        int drawingMoney;
        //现在手里有多少钱
        int nowMoney;
        public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
        
            super(name);
            this.account = account;
            this.drawingMoney = drawingMoney;
    
        }
        //取钱
        @Override
        public void run(){
        
            //判断有没有钱
            if(account.money-drawingMoney<0){
        
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了");
                return;
            }
            try {
        
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
        
                throw new RuntimeException(e);
            }
            //卡内余额 = 余额 - 取走的钱
            account.money = account.money - drawingMoney;
            //手里的钱
            nowMoney = nowMoney+ drawingMoney;
            System.out.println(account.name+"余额为"+account.money);
            //Thread.currentThread().getName() = this.getName;
            System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);
        }
    } /*        基金余额为-50
                你手里的钱50
                基金余额为-50
                我手里的钱100
            
                进程已结束,退出代码0
    */

### 03 线程不安全的集合 ###

//线程不安全的集合
    public class UnsafeList {
        
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
            List<String> list = new ArrayList<String>();
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        
                new Thread(()->{
        
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }).start();
            }
            System.out.println(list.size());
        }
    }  /*   9997
    
            进程已结束,退出代码0
    */

## > 同步方法及方法块 ##

由于可以通过 private 关键字可以保证数据对象只能被方法访问，所以只需针对方法提出一套机制，这套机制就是 synchronized 关键字，它包括两种用法：

*  **synchronized 方法 和 synchronized 块**

**同步方法：**

public synchronized void method( int args){
        }

synchronized 方法控制对 “对象” 的访问，每个对象对应一把锁，每个 synchronized 方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行。

*  缺陷：若将一个大的方法声明为 synchronized 将会影响效率
 *  弊端：方法里面需要修改的内容才需要锁，锁的太多，浪费资源，这个时候就需要 **同步块** 来解决

**同步块：**

*  同步块： synchronized ( Obj ) \{ \}
 *  Obj 称之为同步监视器
    
     *  Obj可以为任何对象，推荐使用共享资源作为同步监视器；
     *  同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是 this 这个对象本身，或者是 class；
 *  同步监视器的执行过程：

1.  第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码；
2.  第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问；
3.  第一个线程访问完毕，解锁同步监视器；
4.  第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问；

**解决之前不安全的买票：（同步方法）**

//安全的买票
    public class UnsafeBuyTicket {
        
        public static void main(String[] args){
        
            BuyTicket station = new BuyTicket();
    
            new Thread(station,"你").start();
            new Thread(station,"我").start();
            new Thread(station,"他").start();
        }
    }
    
    class BuyTicket implements Runnable{
        
        //票
        private int ticketNums = 10;
        boolean flag = true;//外部停止方式
    
        @Override
        public void run(){
        
            while(flag){
        
                try {
        
                    buy();
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        }
    
        //synchronized 定义为同步方法，锁的是 this
        private synchronized void buy() throws InterruptedException {
        
            //判断是否有票
            if(ticketNums <=0){
        
                flag = false;
                return;
            }
            //模拟延时
            Thread.sleep(100);
            //买票
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
        }
    }

**解决不安全的银行：（同步块）**

//安全的取钱
    //两个人去银行取钱，账户
    public class UnsafeBank {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //账户
            Account account = new Account(100,"基金");
    
            Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
            Drawing me = new Drawing(account,100,"我");
    
            you.start();
            me.start();
    
        }
    
    }
    
    //账户
    class Account {
        
        int money;//余额
        String name;//卡名
    
        public Account(int money,String name){
        
            this.money = money;
            this.name = name;
        }
    }
    
    //银行：模拟取款
    class Drawing extends Thread{
        
        Account account;//账户
        //取了多少钱
        int drawingMoney;
        //现在手里有多少钱
        int nowMoney;
    
        public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
        
            super(name);
            this.account = account;
            this.drawingMoney = drawingMoney;
    
        }
    
        //取钱
        @Override
        public void run(){
        
        	//全部放到同步块中 监视account
            synchronized(account) {
        
                //判断有没有钱
                if(account.money-drawingMoney<0){
        
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"钱不够，取不了");
                    return;
                }
                try {
        
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                //卡内余额 = 余额 - 取走的钱
                account.money = account.money - drawingMoney;
                //手里的钱
                nowMoney = nowMoney+ drawingMoney;
    
                System.out.println(account.name+"余额为"+account.money);
                //Thread.currentThread().getName() = this.getName;
                System.out.println(this.getName()+"手里的钱"+nowMoney);
            }
        }           
    }/*     基金余额为50
            你手里的钱50
            我钱不够，取不了
    
            进程已结束,退出代码0
    */

**解决不安全的集合：（同步块）**

//线程安全的集合
    public class UnsafeList {
        
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
            List<String> list = new ArrayList<String>();
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        
                new Thread(()->{
        
                    synchronized (list){
        
                        list.add(Thread.currentThread().getName());
                    }
                }).start();
            }
            Thread.sleep(3000);
            System.out.println(list.size());
        }
    }  /*   10000
    
            进程已结束,退出代码0
    */

--------------------

## ※ 安全类型的集合 CopyOnWriteArrayList ##

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
    //测试JUC安全类型的集合 CopyOnWriteArrayList
    public class UnsafeList {
        
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
        
            CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
            
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        
                new Thread(()->{
        
                        list.add(Thread.currentThread().getName());
                }).start();
            }
            Thread.sleep(3000);
            System.out.println(list.size());
        }
    }  /*   10000
    
            进程已结束,退出代码0
    */

[_ Java]: https://blog.csdn.net/Lov1_BYS/article/details/128007355