『JAVA多线程·学习之路』-线程的安全问题

太过爱你忘了你带给我的痛 2023-09-28 23:26 27阅读 0赞

#### 线程的安全问题 ####

*   *   *  案例：卖票
         *   *  同步代码块
             *  同步方法
             *  Lock
             *  死锁

#### 案例：卖票 ####

需求：某电影院目前正在上映国产大片，共有100张票，它有三个窗口在卖票，请设计一个程序模拟该电影院卖票。

**思路：**

（1）定义一个类Ticket实现Runnable接口，里面定义一个成员变量：private int ticketCount = 100;

（2）在Ticket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下

A:判断票数大于0，就卖票，并告知是哪个窗口卖的

B:票数要减一

C:卖光之后，线程停止

（3）定义一个测试类TicketDemo，里面有main方法，代码步骤如下

A:创建ticket类和对象

B:创建三个Thread类的对象，把Ticket对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称

C:启动线程

**Ticket类**

public class Ticket implements Runnable{
        private int ticket = 100;
        @Override
        public void run() {
            while (true){
                if(ticket <= 0)
                    //卖完了
                    break;
                else {
                    ticket--;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票，还剩下" + ticket + "张票==");
                }
            }
        }
    }

**测试类**

public class Demo {
        public static void main(String[] args) {
            Ticket ticket = new Ticket();
    
            Thread t1 = new Thread(ticket);
            Thread t2 = new Thread(ticket);
            Thread t3 = new Thread(ticket);
    
            t1.setName("窗口一");
            t2.setName("窗口二");
            t3.setName("窗口三");
    
            t1.start();
            t2.start();
            t3.start();
        }
    }

**输出：**

窗口一在卖票，还剩下99张票==
    窗口三在卖票，还剩下97张票==
    窗口二在卖票，还剩下98张票==
    ...
    窗口二在卖票，还剩下6张票==
    窗口三在卖票，还剩下3张票==
    窗口一在卖票，还剩下4张票==
    窗口三在卖票，还剩下1张票==
    窗口二在卖票，还剩下2张票==
    窗口一在卖票，还剩下0张票==

这是案例的实现思路，但是在现实生活中，售票时出票也是需要时间的，所以，在出一张票时，我们就需要给他加一点时间上的延迟，接下来我们就在程序中添加一个动作：每次出票时间100毫秒，用sleep()方法实现。

我们在ticket–前面增加Thread.sleep(100)

try {
        Thread.sleep(100);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    ticket--;

**输出：**

窗口二在卖票，还剩下99张票==
    窗口一在卖票，还剩下99张票==
    窗口三在卖票，还剩下98张票==
    窗口三在卖票，还剩下96张票==
    窗口一在卖票，还剩下96张票==
    窗口二在卖票，还剩下96张票==
    ...

我们可以发现两个问题：

*  相同的票买了很多次
 *  出现了负数的票

第一个问题是由于打印之前，三个线程对同一个数据操作的结果产生了覆盖，所以导致了数据的重复。

第二个问题同理，当票数只有1时，三个线程同时操作就会导致票数变为负数。

为什么会出现这要的问题呢？

**原因：**

*  多线程操作共享数据

**如何解决**

*  基本思想：让程序没有安全问题的环境

**如何实现？**

*  把多条语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可

##### 同步代码块 #####

锁多条语句操作共享数据，可以使用同步代码块实现

*  格式
    
    synchronlzed(任意对象)\{
    
    多条语句操作共享数据的代码
    
    \}
 *  默认情况是打开的，只要有一个线程进去执行代码了，锁就会关闭
 *  当线程执行完出来了，锁才会自动打开

同步的好处和弊端

*  好处：解决了多线程的数据安全问题
 *  弊端：当线程很多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗资源的，无形中会降低程序的运行效率。

将Ticket类中的run()方法改写为：

@Override
    public void run() {
        while (true){
            synchronized (obj){//多个线程必须使用同一把锁
                if(ticket <= 0)
                    //卖完了
                    break;
                else {
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    ticket--;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票，还剩下" + ticket + "张票==");
                }
            }
        }
    }

输出结果中不再有重复票和负数票

**注：synchronized锁对象一定要是唯一的**

##### 同步方法 #####

**同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上**

*  格式：  
    修饰符synchronized 返回值类型 方法名 （方法参数）\{ \}

同步代码块和同步方法的区别：

*  同步代码块可以锁住指定代码，同步方法是锁住方法中所有代码
 *  同步代码块可以指定锁对象，同步方法不能指定锁对象

**那同步方法的锁对象是什么呢？**

*  是 **this**

**同步静态方法的锁对象是 类名.class**（当前类的字节码文件）

##### Lock #####

现在我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到在哪里加上了锁，在哪里释放了锁，为了更加清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象 **Lock**

Lock实现提供比使用synchronized方法和语句可以获得更广泛的锁定操作

Lock中提供了获得锁和释放锁的方法

*  void lock(): 获得锁
 *  void unlock():释放锁

Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化

ReentrantLock的构造方法

*  ReentrantLock(): 创建一个ReentrantLock的实例

售票系统改写：

public class Ticket implements Runnable{
        private int ticket = 100;
        private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        @Override
        public void run() {
            while (true){
    //            synchronized (this){//多个线程必须使用同一把锁
                try {
                    lock.lock();
                    if(ticket <= 0)
                        //卖完了
                        break;
                    else {
                        try {
                            Thread.sleep(50);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        ticket--;
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票，还剩下" + ticket + "张票==");
                    }
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
    //            }
            }
        }
    }

结果还是正确的

##### 死锁 #####

线程死锁是指由于两个或者多个线程互相持有对方所需要的资源，导致这些线程处于等待状态，无法前往执行。  
![死锁][cecd4ed937c14508845547f69b544884.png]  
代码实现：

public class Demo {
        public static void main(String[] args) {
            Object objA = new Object();
            Object objB = new Object();
    
            new Thread(()->{
                while (true){
                    synchronized (objA){
                        synchronized (objB){
                            System.out.println("男同学正在走路");
                        }
                    }
                }
            }).start();
    
            new Thread(()->{
                while (true){
                    synchronized (objB){
                        synchronized (objA){
                            System.out.println("女同学正在走路");
                        }
                    }
                }
            }).start();
        }
    }

结果：  
![结果][c9af20eb685b462ab5dd1e64019d1b2e.png]  
进入死锁，程序卡死。

原因就是锁的嵌套，所以一般不建议写锁的嵌套。

[cecd4ed937c14508845547f69b544884.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/cecd4ed937c14508845547f69b544884.png
[c9af20eb685b462ab5dd1e64019d1b2e.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/c9af20eb685b462ab5dd1e64019d1b2e.png