Java多线程02(线程安全、线程同步、等待唤醒机制)
生活随笔
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Java多线程02(线程安全、线程同步、等待唤醒机制)
小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.
Java多線程2(線程安全、線程同步、等待喚醒機(jī)制、單例設(shè)計模式)
1、線程安全
- 如果有多個線程在同時運(yùn)行，而這些線程可能會同時運(yùn)行這段代碼。程序每次運(yùn)行結(jié)果和單線程運(yùn)行的結(jié)果是一樣的，而且其他的變量的值也和預(yù)期的是一樣的，就是線程安全的。
- 通過案例演示線程的安全問題：電影院要賣票。
- 我們模擬電影院的賣票過程。假設(shè)本場電影的座位共100個(本場電影只能賣100張票)。
- 我們來模擬電影院的售票窗口，實現(xiàn)多個窗口同時賣這場電影的票(多個窗口一起賣這100張票)
- 需要窗口，采用線程對象來模擬；
- 需要票，Runnable接口子類來模擬；
- 代碼：
- 分析：
- 三個窗口每個窗口都在買票，假設(shè)此時只剩一張票，可能會發(fā)生以下情況：
- 線程t1執(zhí)行run方法到（4）時，產(chǎn)生阻塞，線程t2執(zhí)行run方法到（4）時葉阻塞，線程t3執(zhí)行完了run方法，釋放CPU，此時num=0；t1再次得到CPU時，不會再次判斷，而是直接執(zhí)行下一步（5），這時就會發(fā)生0--，出現(xiàn)出售第0張票，并且票數(shù)變成負(fù)數(shù)，這樣就出現(xiàn)了安全隱患。
- 運(yùn)行結(jié)果發(fā)現(xiàn)：上面程序出現(xiàn)了問題
- 票出現(xiàn)了重復(fù)的票
- 錯誤的票 0、-1
- 線程安全問題都是由全局變量及靜態(tài)變量引起的。
若每個線程中對全局變量、靜態(tài)變量只有讀操作，而無寫操作，一般來說，這個全局變量是線程安全的；若有多個線程同時執(zhí)行寫操作，一般都需要考慮線程同步，否則的話就可能影響線程安全。
- 解決辦法：
- 當(dāng)一個線程進(jìn)入數(shù)據(jù)操作的時候，無論是否休眠，其他線程智能等待。
2、線程同步（線程安全處理Synchronized）
- java中提供了線程同步機(jī)制，它能夠解決上述的線程安全問題。
- 線程同步的方式有兩種：
- 方式1：同步代碼塊
- 方式2：同步方法
2.1 同步代碼塊
- 同步代碼塊: 在代碼塊聲明上 加上synchronized
同步代碼塊中的鎖對象可以是任意的對象；但多個線程時，要使用同一個鎖對象才能夠保證線程安全。
使用同步代碼塊，對電影院賣票案例中Ticket類進(jìn)行如下代碼修改：
- 當(dāng)使用了同步代碼塊后，上述的線程的安全問題，解決了。
- 分析：
- 同步對象：可以是任意對象，可以稱之為同步鎖，對象監(jiān)視器，注意不能用匿名內(nèi)部類，因為這樣在會導(dǎo)致每次獲得鎖對象都是新的對象，無法實現(xiàn)加鎖的效果。
- 同步是如何保證安全性的：沒有鎖的線程不能執(zhí)行，只能等待。
- 具體執(zhí)行過程：
- 線程遇到同步代碼塊后，線程判斷同步鎖還有沒有
- 如果同步鎖有：獲取鎖，進(jìn)入同步中，去執(zhí)行，執(zhí)行完畢后，離開同步代碼塊，線程將鎖對象還回去。
- 在同步中的線程休眠，此時另一個線程會執(zhí)行；
- 遇到同步代碼塊，判斷對象鎖是否還有，如果沒有鎖，該線程不能進(jìn)入同步代碼塊中執(zhí)行，被阻擋在同步代碼塊的外面，處于阻塞狀態(tài)。
- 加了同步之后，執(zhí)行步驟增加：線程首先進(jìn)同步判斷鎖，獲取鎖，出同步釋放鎖，導(dǎo)致程序運(yùn)行速度的下降。
- 沒有鎖的線程，不能進(jìn)入同步，在同步中的線程，不出同步，不會釋放鎖。
2.2 同步方法（推薦使用）
- 同步方法：在方法聲明上加上synchronized
- 同步方法中的鎖對象是 this
- 使用同步方法，對電影院賣票案例中Ticket類進(jìn)行如下代碼修改：
- 問題：同步方法中有鎖嗎？
- 有，同步方法中的對象鎖是本類方法的引用
- 靜態(tài)同步方法: 在方法聲明上加上static synchronized
- 靜態(tài)同步方法中的鎖對象是本類自己：類名.class
1.4 Lock接口
- 查閱API，查閱Lock接口描述，Lock 實現(xiàn)提供了比使用 synchronized 方法和語句可獲得的更廣泛的鎖定操作。
- 實現(xiàn)類：ReentrantLock
- Lock接口中的常用方法
- void lock()：獲得鎖。
- void unlock()：釋放鎖。
- Lock提供了一個更加面對對象的鎖，在該鎖中提供了更多的操作鎖的功能。
- 我們使用Lock接口，以及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步，對電影院賣票案例中Ticket類進(jìn)行如下代碼修改：
1.4 死鎖
- 同步鎖使用的弊端：當(dāng)線程任務(wù)中出現(xiàn)了多個同步(多個鎖)時，如果同步中嵌套了其他的同步。這時容易引發(fā)一種現(xiàn)象：
- 程序出現(xiàn)無限等待，這種現(xiàn)象我們稱為死鎖。這種情況能避免就避免掉。
- 死鎖程序：
- 前提：必須是多線程
- 出現(xiàn)同步嵌套
- 線程進(jìn)入同步，獲取鎖，不出去同步，不會釋放鎖
鎖的嵌套情況如下：
synchronzied(A鎖){synchronized(B鎖){} } synchronzied(B鎖){synchronized(A鎖){} }- 注意A鎖和B鎖都是唯一的
兩個線程每個獲得一個鎖，且都需要對方的鎖才能繼續(xù)執(zhí)行，因此都會一直除以阻塞狀態(tài)，無法恢復(fù)，出現(xiàn)死鎖。
我們進(jìn)行下死鎖情況的代碼演示：
// 定義鎖對象類 /*不允許任何類創(chuàng)建該對象只能通過類名調(diào)用靜態(tài)成員調(diào)用，不允許new保證了鎖的唯一性 */ public class LockA {private LockA() {}public final static LockA locka = new LockA(); }public class LockB { private LockB() {}public final static LockB lockb = new LockB(); }// 線程任務(wù)類 public class DeadLock implements Runnable{private int i = 0;@Overridepublic void run() {while(true) {if(i%2==0) {// 先進(jìn)入A同步，再進(jìn)入B同步synchronized (LockA.locka) {System.out.println(i+" --> if...locka");synchronized (LockB.lockb) {System.out.println(i+" --> if...lockb");}}}else {// 先進(jìn)入B同步，再進(jìn)入B同步synchronized (LockB.lockb) {System.out.println(i+" --> else...lockb");synchronized (LockA.locka) {System.out.println(i+" --> else...locka");}}}i++;}} }// 測試類 public class DeadLockDemo {public static void main(String[] args) {DeadLock deadLock = new DeadLock();new Thread(deadLock).start();new Thread(deadLock).start();} }// 運(yùn)行結(jié)果： 0 --> if...locka 0 --> if...lockb 1 --> else...lockb 1 --> if...locka
1.5 等待喚醒機(jī)制
- 在開始講解等待喚醒機(jī)制之前，有必要搞清一個概念—— 線程之間的通信。
- 線程之間的通信：多個線程在處理同一個資源，但是處理的動作（線程的任務(wù)）卻不相同。通過一定的手段使各個線程能有效的利用資源。而這種手段即—— 等待喚醒機(jī)制。
- 等待喚醒機(jī)制所涉及到的方法：
- wait() ：等待，無限等待。將正在執(zhí)行的線程釋放其執(zhí)行資格 和 執(zhí)行權(quán)，并存儲到線程池中。
- notify() ：喚醒。喚醒線程池中被wait()的線程，一次喚醒一個，而且是任意的。
- notifyAll() ：喚醒全部：可以將線程池中的所有wait()線程都喚醒。
- 所謂喚醒：就是讓線程池中的線程具備執(zhí)行資格。
- 必須注意的是：這些方法都是在同步中才有效。同時這些方法在使用時必須標(biāo)明所屬鎖，這樣才可以明確出這些方法操作的到底是哪個鎖上的線程。
- 仔細(xì)查看Java API之后，發(fā)現(xiàn)這些方法 并不定義在 Thread中，也沒定義在Runnable接口中，卻被定義在了Object類中，為什么這些操作線程的方法定義在Object類中？
- 因為這些方法在使用時，必須要標(biāo)明所屬的鎖，而鎖又可以是任意對象。能被任意對象調(diào)用的方法一定定義在Object類中。
- 線程通訊案例：輸入線程向Resource中輸入name ,sex , 輸出線程從資源中輸出，先要完成的任務(wù)是：
- 當(dāng)input發(fā)現(xiàn)Resource中沒有數(shù)據(jù)時，開始輸入，輸入完成后，叫output來輸出。如果發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，就wait();
- 當(dāng)output發(fā)現(xiàn)Resource中沒有數(shù)據(jù)時，就wait() ；當(dāng)發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)時，就輸出，然后，叫醒input來輸入數(shù)據(jù)。
- 下面代碼，模擬等待喚醒機(jī)制的實現(xiàn)：
Resource.java
/*定義資源類，有2個成員變量：name，sex同時有兩個線程，對資源中的變量操作1個對name，sex賦值1個對name，sex做變量的輸出打印*/ public class Resource {public String name;public String sex; }Input.java
/*輸入線程：對資源對象Resource中的成員變量賦值要求：一次賦值：張三，男另一次：李四，女*/ public class Input implements Runnable { private Resource r;public Input(Resource r) {this.r = r;}@Overridepublic void run() {int i = 0;while(true) {if(i%2==0) {r.name = "張三";r.sex = "男"; }else {r.name = "lisi";r.sex = "nv";}i++;}} }Output.java
/*輸出線程：對資源對象Resource中的成員變量輸出值*/ public class Output implements Runnable {private Resource r;public Output(Resource r) {this.r = r;}@Overridepublic void run() {while(true) {System.out.println("姓名："+r.name + ", 性別："+r.sex);}}}ThreadDemo.java
/*開啟輸入線程和輸出線程，實現(xiàn)賦值和打印*/ public class ThreadDemo {public static void main(String[] args) {Resource r = new Resource(); //共享數(shù)據(jù)Input in = new Input(r);Output out = new Output(r);new Thread(in).start();new Thread(out).start();} }
此時會出現(xiàn)問題：打印出的結(jié)果并不是想要的結(jié)果
姓名：lisi, 性別：nv 姓名：張三, 性別：nv 姓名：lisi, 性別：男 姓名：lisi, 性別：nv 姓名：lisi, 性別：nv 姓名：張三, 性別：男- 分析原因，兩個線程沒有實現(xiàn)同步。
- 實現(xiàn)同步的方法：給線程加同步鎖。
- 注意：給輸入和輸出加的同步鎖應(yīng)為同一個對象鎖，而輸入和輸出線程是兩個不同的線程，因此不能使用this作為對象鎖，這里使用他們公用的資源類Resource對象。
- 代碼修改如下：
Input.java修改
/*輸入線程：對資源對象Resource中的成員變量賦值要求：一次賦值：張三，男另一次：李四，女*/ public class Input implements Runnable { private Resource r;public Input(Resource r) {this.r = r;}@Overridepublic void run() {int i = 0;while(true) {synchronized (r) {if(i%2==0) {r.name = "張三";r.sex = "男"; }else {r.name = "lisi";r.sex = "nv";}}i++;}} }Input.java修改
/*輸入線程：對資源對象Resource中的成員變量賦值要求：一次賦值：張三，男另一次：李四，女*/ public class Input implements Runnable { private Resource r;public Input(Resource r) {this.r = r;}@Overridepublic void run() {int i = 0;while(true) {synchronized (r) {if(i%2==0) {r.name = "張三";r.sex = "男"; }else {r.name = "lisi";r.sex = "nv";}}i++;}} }Output.java修改：
/*輸出線程：對資源對象Resource中的成員變量輸出值*/ public class Output implements Runnable {private Resource r;public Output(Resource r) {this.r = r;}@Overridepublic void run() {while(true) {synchronized (r) {System.out.println("姓名："+r.name + ", 性別："+r.sex); }}} }
此時還有問題：輸出沒有交替進(jìn)行
姓名：張三, 性別：男 姓名：張三, 性別：男 姓名：張三, 性別：男 姓名：lisi, 性別：nv 姓名：lisi, 性別：nv 姓名：lisi, 性別：nv 姓名：lisi, 性別：nv- 分析原因：
- 輸入：輸入完成以后，必須等待，等待輸出打印結(jié)束后，才能進(jìn)行下一次賦值。
- 輸出：輸出完變量值后，必須等待，等待輸入的重新賦值后，才能進(jìn)行下一次打印。
- 解決方法：
- 輸入：賦值后，執(zhí)行方法wait()，永遠(yuǎn)等待，
- 輸出：變量打印輸出，在輸出等待之前，喚醒輸入的nitify()，自己再wait等待。
- 輸入：被喚醒后，重新對變量賦值，然后喚醒輸出的線程notify，自己再wait()等待。
- 如何判斷輸入輸出結(jié)束：設(shè)置一個標(biāo)記flag，以標(biāo)記為準(zhǔn)；
- flag = false; 說明賦值完成
- flag = true; 獲取值完成
- 輸入操作：
- 需要不需要賦值，看標(biāo)記
- 如果標(biāo)記為true，等待
- 如果標(biāo)記為false，不需要等待，賦值
- 賦值后，將標(biāo)記改為true
- 輸出操作：
- 需要不需要獲取，看標(biāo)記
- 如過標(biāo)記為false，等待
- 如果標(biāo)記為true，打印
- 打印后，將標(biāo)記改為false
- 代碼修改如下：
Resource.java修改
/*定義資源類，有2個成員變量：name，sex同時有兩個線程，對資源中的變量操作1個對name，sex賦值1個對name，sex做變量的輸出打印*/ public class Resource {public String name;public String sex;public boolean flag = false; }Input.java修改
/*輸入線程：對資源對象Resource中的成員變量賦值要求：一次賦值：張三，男另一次：李四，女*/ public class Input implements Runnable { private Resource r;public Input(Resource r) {this.r = r;}@Overridepublic void run() {int i = 0;while(true) {synchronized (r) { if(r.flag) { // 標(biāo)記是true，等待try {r.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}if(i%2==0) {r.name = "張三";r.sex = "男"; }else {r.name = "lisi";r.sex = "nv";}// 標(biāo)記改為true，將對方線程喚醒r.flag = true;r.notify();}i++;}} }Output.java修改
/*輸出線程：對資源對象Resource中的成員變量輸出值*/ public class Output implements Runnable {private Resource r;public Output(Resource r) {this.r = r;}@Overridepublic void run() {while(true) {synchronized (r) { if(!r.flag) { // 判斷標(biāo)記，false，等待try {r.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}System.out.println("姓名："+r.name + ", 性別："+r.sex);r.flag = false;r.notify();}}} }
- 注意：
- 等待和喚醒必須是由同一個對象調(diào)用，這里用Resource的對象
2 總結(jié)
同步鎖
- 多個線程想保證線程安全，必須要使用同一個鎖對象
同步代碼塊
synchronized (鎖對象){可能產(chǎn)生線程安全問題的代碼 }
- 同步代碼塊的鎖對象可以是任意的對象
同步方法
public synchronized void method()可能產(chǎn)生線程安全問題的代碼 } // 同步方法中的鎖對象是 this靜態(tài)同步方法
public synchronized void method()可能產(chǎn)生線程安全問題的代碼 } // 靜態(tài)同步方法中的鎖對象是 類名.class
多線程有幾種實現(xiàn)方案，分別是哪幾種?
- 繼承Thread類
- 實現(xiàn)Runnable接口
- 通過線程池，實現(xiàn)Callable接口
同步有幾種方式，分別是什么?
- 同步代碼塊
- 同步方法
- 靜態(tài)同步方法
啟動一個線程是run()還是start()?它們的區(qū)別?
- 啟動一個線程是start()
- 區(qū)別：
- start： 啟動線程，并調(diào)用線程中的run()方法
- run : 執(zhí)行該線程對象要執(zhí)行的任務(wù)
sleep()和wait()方法的區(qū)別
- sleep: 不釋放鎖對象, 釋放CPU使用權(quán)；在休眠的時間內(nèi)，不能喚醒
- wait(): 釋放鎖對象, 釋放CPU使用權(quán)；在等待的時間內(nèi)，能喚醒
為什么wait(),notify(),notifyAll()等方法都定義在Object類中
- 鎖對象可以是任意類型的對象
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Java多线程02(线程安全、线程同步、等待唤醒机制)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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