Java中的线程同步问题:锁、条件变量以及死锁的理解与实践案例

原创 柔光的暖阳◎ 2024-12-13 21:42 75阅读 0赞

在Java中,线程同步主要依赖于以下三个关键元素:

  1. 锁(Lock):

    • Java中提供了内置的Lock接口,包括了ReentrantLock等具体实现。
    • 使用锁进行同步的关键是获得锁(acquire)、释放锁(release),以及检查锁状态(isHeldByCurrentThread)。
  2. 条件变量(Condition Variable):

    • Java中每个锁都有一个相应的条件变量,它们一起用来实现基于条件的线程同步。
    • 当某个线程满足特定条件时,它可以调用conditionVariable.signal()来唤醒等待的其他线程;如果条件不满足,则可以调用conditionVariable.await(long timeout, TimeUnit unit))来阻塞当前线程直至满足条件。
  3. 死锁(Deadlock):

    • 死锁是指两个或多个并发执行的线程,因相互等待对方释放资源而造成的一种状态。
    • 为了避免死锁,通常会遵循以下原则:
      • 当前事务应尽可能早地获取需要的所有资源;
      • 确保资源的顺序分配:即先申请的资源应该先被释放;
      • 为资源设定超时限制:如果线程等待某个资源超过预设时间,该线程将会自动放弃并进行重试。

实践案例:
假设一个银行系统,其中有一个存款服务,每个存款账户都有一个存款金额和一个存款状态(例如:’pending’、’confirmed’)。

当一个存款账户状态为’pending’时,另一个存款账户可能会来请求这个账户的存款信息。此时,两个线程需要进行同步以避免数据冲突。

我们可以使用ReentrantLock对关键资源(如存款账户的状态)进行锁定和解锁操作,并使用条件变量来实现线程间的通信和等待。

  1. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
  2. import java.util.concurrent.Condition;
  3. public class BankSystem {
  4. private final ReentrantLock depositLock = new ReentrantLock();
  5. private final Condition readyCondition = depositLock.newCondition();
  6. // 存款服务,需要获取锁来操作
  7. public void deposit(String accountId, double amount) throws InterruptedException {
  8. depositLock.lock(); // 获取锁
  9. try {
  10. // 检查存款账户状态是否为'pending'
  11. if (!accountState(accountId), "pending")) {
  12. throw new IllegalStateException("Account state is not 'pending'.");
  13. }
  14. // 更新账户状态并同步条件变量
  15. accountState(accountId), "confirmed", () -> readyCondition.signal());
  16. // 存款成功,释放锁
  17. depositLock.unlock(); // 释放锁
  18. } catch (Exception e) {
  19. depositLock.unlock(); // 无论异常原因如何,都先解锁锁
  20. // 异常处理后,向线程报告异常并等待其结束
  21. readyCondition.signalAll();
  22. throw e;
  23. }
  24. }
  25. // 获取存款账户状态方法,返回一个枚举值
  26. private Enum(accountState, String accountId)) accountState(String accountId) {
  27. // 在此处模拟从数据库或者其他存储方式获取账户状态的逻辑
  28. // 假设返回值为'pending', 'confirmed'等
  29. return Enum.valueOf(accountState.class, "pending")); // 临时示例,实际逻辑应根据实际情况实现
  30. }
  31. }

这个案例展示了如何使用ReentrantLockConditionVariable来避免Java中的线程同步问题。

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