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Java學習日誌（十一）

線程安全

產生原理

若有三個電影院同時上映了戰狼3，每個電影院要賣100張不同號碼的電影票，三位電影院老闆有了三種不同的賣票思路。

第一位老闆：設置了一個售賣窗口，這個窗口賣1-100號碼的票，則不會出現問題，此時則爲單線程程序，不會出現線程安全問題。

第二位老闆：設置了三個售賣窗口，第一個窗口賣1-33號的票，第二個窗口賣34-67號的票，第三個窗口賣68-100號的票，則不會出現問題，此時則爲多線程程序，但不訪問共享資源，不會出現線程安全問題。

第三位老闆：設置了三個售賣窗口，三個窗口同時賣1-100號的票，則出現了問題，此時則爲多線程程序，訪問了共享資源，會出現線程安全問題。

代碼模擬：

/*
    賣票案例
 */
public class RunnableImpl implements Runnable {
    //定義共享票源
    private int ticket = 100;
    //線程任務：賣票
    @Override
    public void run() {
        //賣票重複執行
        while(true){
            //增加一個判斷，票大於0
            if(ticket>0){
            	//添加sleep方法，增加線程安全問題出現的機率
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                //賣票操作
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在賣第"+ticket+"張票！");
                ticket--;
            } else {
                break;
            }
        }
    }
}

/*
    開啓三個線程，同時進行賣票
 */
public class Demo01PayTicket {
    public static void main(String[] args) {
        //創建Runnable接口的實現類對象
        RunnableImpl r = new RunnableImpl();
        //創建三個線程
        Thread t0 = new Thread(r,"售票員A");
        Thread t1 = new Thread(r,"售票員B");
        Thread t2 = new Thread(r,"售票員C");
        //開啓新的線程
        t0.start();
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

結果：出現安全問題

...
售票員C正在賣第16張票！
售票員A正在賣第16張票！
售票員B正在賣第14張票！
售票員A正在賣第13張票！
售票員C正在賣第12張票！
售票員B正在賣第11張票！
售票員A正在賣第10張票！
售票員C正在賣第10張票！
售票員B正在賣第8張票！
售票員A正在賣第7張票！
售票員C正在賣第7張票！
售票員B正在賣第5張 票！
售票員A正在賣第4張票！
售票員C正在賣第4張票！
售票員B正在賣第2張票！
售票員C正在賣第1張票！
售票員A正在賣第0張票！
售票員B正在賣第-1張票！

線程安全問題產生的原因：

售票員C正在賣第1張票！
售票員A正在賣第0張票！
售票員B正在賣第-1張票！

第一種安全問題：出現-1和0張票的原因（出現超出if語句範圍的數值）
①售票員C線程搶到了cpu的執行權，進入到run中執行，執行到了if語句中，碰到sleep，睡眠，失去cpu的執行權。
②售票員A線程搶到了cpu的執行權，進入到run中執行，執行到了if語句中，碰到sleep，睡眠，失去cpu的執行權。
③售票員B線程搶到了cpu的執行權，進入到run中執行，執行到了if語句中，碰到sleep，睡眠，失去cpu的執行權。
④售票員C線程睡醒了，繼續執行程序進行賣票。

售票員C正在賣第1張票！
ticket--;ticket = 0;

`⑤售票員A線程睡醒了，繼續執行程序進行賣票。

售票員A正在賣第0張票
ticket--;ticket = -1;

`⑥售票員B線程睡醒了，繼續執行程序進行賣票。

售票員B正在賣第-1張票！
ticket--;ticket = -2;

第二種安全問題：出現重複賣票的原因

售票員A正在賣第10張票！
售票員C正在賣第10張票！
售票員B正在賣第8張票！

售票員A和售貨員C兩個線程都在打印正在賣第10張票，這時候ticket還沒有進行自減操作。之後ticket自減兩次，所以第9張票消失，售票員B只能賣第8張票。

線程同步

解決線程安全的第一種方式：同步代碼塊

格式：

 synchronized(鎖對象){
        出現安全問題的代碼（訪問了共享數據的代碼）
 }

注意事項：

鎖對象可以是任意對象 new Person，new Student
鎖對象必須保證多個線程使用的是同一個鎖對象
鎖對象的作用：把括號中的代碼鎖住，只讓一個線程進去執行

示例：賣票案例

public class RunnableImpl implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    //在成員位置創建一個鎖對象
    Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized (obj){
                //訪問了共享數據的代碼
                if(ticket>0){
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在賣第"+ticket+"張票！");
                    ticket--;
                }
            }
        }
    }
}

public class Demo01PayTicket {
    public static void main(String[] args) {
        //創建Runnable接口的實現類對象
        RunnableImpl r = new RunnableImpl();
        //創建三個線程
        Thread t0 = new Thread(r,"售票員A");
        Thread t1 = new Thread(r,"售票員B");
        Thread t2 = new Thread(r,"售票員C");
        //開啓新的線程
        t0.start();
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

同步技術的原理：使用了一個鎖對象，這個鎖對象也叫同步鎖，還叫對象監視器

當線程執行到同步代碼塊的時候，會判斷同步代碼中，是否有鎖對象：
如果有，那麼這個線程就會獲取鎖對象，進入到同步中執行，在執行過程中，無論是否失去了CPU的執行權，都不會釋放鎖對象，線程執行完同步中的代碼，纔會把鎖對象歸還給同步代碼。
如果沒有，那麼這個線程就會進入阻塞狀態，在同步外邊一直等待同步中的線程歸還鎖對象，直到同步中的線程把鎖對象歸還，才能獲取鎖對象進入到同步中執行。

總結：

沒有鎖對象，進不去同步
同步中的對象沒有執行完，也不會歸還鎖

這樣就保證只有一個線程在同步中執行，代碼就安全了

問題：程序頻繁判斷鎖，獲取鎖，歸還鎖，效率就會降低

解決線程安全的第二種方式：同步方法

格式：

 修飾符 synchronized 返回值類型 方法名(參數列表){
        出現安全問題的代碼
 }

使用步驟：

創建一個方法，方法的修飾符添加上synchronized
把訪問了共享數據的代碼放入到方法中
調用同步方法

注意：同步方法的鎖對象就是this（本類對象 new RunnableImpl）

示例：賣票案例

public class RunnableImpl implements Runnable {
    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            //3.調用同步方法
            payTicket();
        }
    }

    /*
        定義一個方法
        1.創建一個方法，方法的修飾符添加上synchronized

     */
    public synchronized void payTicket() {
        //2.把訪問了共享數據的代碼放入到方法中
        //訪問了共享數據的代碼
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在賣第" + ticket + "張票！");
            ticket--;
        }
    }
}

public class Demo01PayTicket {
    public static void main(String[] args) {
        //創建Runnable接口的實現類對象
        RunnableImpl r = new RunnableImpl();
        //創建三個線程
        Thread t0 = new Thread(r,"售票員A");
        Thread t1 = new Thread(r,"售票員B");
        Thread t2 = new Thread(r,"售票員C");
        //開啓新的線程
        t0.start();
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

擴展：靜態同步方法
靜態同步方法（優先於對象加載到內存中）：鎖對象是的class文件對象(反射)RunnableImpl.class–>唯一

示例：賣票案例

public class RunnableImpl implements Runnable {
    private static int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            //3.調用同步方法
            payTicket();
        }
    }

    /*
        定義一個方法
        1.創建一個方法，方法的修飾符添加上synchronized

     */
    //靜態同步方法（優先於對象加載到內存中）：鎖對象是的class文件對象(反射)RunnableImpl.class-->唯一
    public static synchronized void payTicket() {
        //2.把訪問了共享數據的代碼放入到方法中
        //訪問了共享數據的代碼
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在賣第" + ticket + "張票！");
            ticket--;
        }
    }
}

public class Demo01PayTicket {
    public static void main(String[] args) {
        //創建Runnable接口的實現類對象
        RunnableImpl r = new RunnableImpl();
        //創建三個線程
        Thread t0 = new Thread(r,"售票員A");
        Thread t1 = new Thread(r,"售票員B");
        Thread t2 = new Thread(r,"售票員C");
        //開啓新的線程
        t0.start();
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

解決線程安全的第三種方式：使用Lock鎖

java.util.concurrent.locks.Lock接口
JDK1.5之後的新特性，Lock實現提供了比使用synchronized方法和語句可以獲得的更廣泛的鎖定操作。

Lock接口中的方法：

void lock() 獲得鎖。
void unlock() 釋放鎖。

實現類：java.util.concurrent.locks.ReentrantLock implements Lock

使用步驟：

在成員位置創建一個Lock接口的實現類對象ReentrantLock
在可能會出現安全問題的代碼前，調用Lock方法獲取鎖對象
在可能會出現安全問題的代碼後，調用Lock方法釋放鎖對象

示例：賣票案例

public class RunnableImpl implements Runnable {
    //1.在成員位置創建一個Lock接口的實現類對象ReentrantLock
    Lock l = new ReentrantLock();

    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            //2.在可能會出現安全問題的代碼前，調用Lock方法獲取鎖對象
            l.lock();
            if (ticket > 0) {
                try {
                    Thread.sleep(10);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在賣第" + ticket + "張票！");
                    ticket--;
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    //無論程序是否異常，都會把鎖對象釋放，節約內存，提高程序效率
                    //3.在可能會出現安全問題的代碼後，調用Lock方法釋放鎖對象
                    l.unlock();
                }
            }
        }
    }
}

public class Demo01PayTicket {
    public static void main(String[] args) {
        //創建Runnable接口的實現類對象
        RunnableImpl r = new RunnableImpl();
        //創建三個線程
        Thread t0 = new Thread(r,"售票員A");
        Thread t1 = new Thread(r,"售票員B");
        Thread t2 = new Thread(r,"售票員C");
        //開啓新的線程
        t0.start();
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

隔葉聽風

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Java學習日誌(十一): 線程安全，線程同步

Java學習日誌（十一）

線程安全

產生原理

線程同步

解決線程安全的第一種方式：同步代碼塊

解決線程安全的第二種方式：同步方法

解決線程安全的第三種方式：使用Lock鎖

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