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
在Java中,线程同步主要依赖于以下三个关键元素:
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)。
- Java中提供了内置的
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。
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。
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.concurrent.Condition;
public class BankSystem {
private final ReentrantLock depositLock = new ReentrantLock();
private final Condition readyCondition = depositLock.newCondition();
// 存款服务,需要获取锁来操作
public void deposit(String accountId, double amount) throws InterruptedException {
depositLock.lock(); // 获取锁
try {
// 检查存款账户状态是否为'pending'
if (!accountState(accountId), "pending")) {
throw new IllegalStateException("Account state is not 'pending'.");
}
// 更新账户状态并同步条件变量
accountState(accountId), "confirmed", () -> readyCondition.signal());
// 存款成功,释放锁
depositLock.unlock(); // 释放锁
} catch (Exception e) {
depositLock.unlock(); // 无论异常原因如何,都先解锁锁
// 异常处理后,向线程报告异常并等待其结束
readyCondition.signalAll();
throw e;
}
}
// 获取存款账户状态方法,返回一个枚举值
private Enum(accountState, String accountId)) accountState(String accountId) {
// 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
// 假设返回值为'pending', 'confirmed'等
return Enum.valueOf(accountState.class, "pending")); // 临时示例,实际逻辑应根据实际情况实现
}
}
这个案例展示了如何使用ReentrantLock
和ConditionVariable
来避免Java中的线程同步问题。
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