三道java新手入门面试题,通往自由的道路--多线程

目录

• 1. 你知道线程安全问题吗？
• 2. 那如何解决线程安全问题呢？
• 3. 那你讲下死锁是什么吧？
• 总结

1. 你知道线程安全问题吗？

线程安全问题：一般指在多线程模式下，多个线程对同一个共享数据进行操作时，第一个线程还没来得及更新共享数据，从而导致另外一个线程没得到最新的数据，并更新数据，从而产生线程安全问题。比较常见的场景有买票。

我举个例子吧：

需求：比如买周杰伦演唱会的门票，此时有三个窗口同时卖总共100张票。窗口就是线程对象，而100张票的资源，此时就相当于多个线程去抢占cpu的资源去抢对票的使用权。

嘿嘿，这是在大学时期和MyGirl去看滴，现在想去看也没办法了。话不多说，我们还是来看看代码吧：

public class SellTicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建线程任务对象
        Ticket ticket = new Ticket();
        //创建三个窗口对象
        Thread thread = new Thread(ticket, "窗口1");
        Thread thread2 = new Thread(ticket, "窗口2");
        Thread thread3 = new Thread(ticket, "窗口3");
        //同时卖票
        thread.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }
}
// 创建Ticket实现Runnale
class Ticket implements Runnable {
    private int ticket = 100; // 100张周杰伦演唱会门票
    // 执行买票的逻辑
    @Override
    public void run() {
        // 注意每个窗口都有卖票的权利
        while (true) {
            if (ticket > 0) { // 有票 可以卖
                // 出票: 因为进来买票，总有出票，总会慢慢没票的吧
                try {
                    // 这里采用sleep稍微等待下，模拟一下出票时间 。
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 获取当前线程对象的名字
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖:" + ticket--);
            }
        }
    }
}

这里讲下： 我们创建了Ticket实现Runnable接口，并重写里面的run方法实现买票的功能，并定义了一个共享的变量。并在main方法中创建了三个线程去实现三个窗口买票的功能。最后我们来看看结果吧：

在你多运行几次，可以看到这样的现象：

1. 卖出了不存在的票，比如0票与-1票，是不存在滴。而且这种情况根本不允许发生呀，谁会卖0张甚至-1张票呢。
2. 出现多卖相同的票数，比如8和1这张票被卖了三回。那这就很过分了呦，一张票还可以卖三个人哈哈。

这些问题的发生就代表我们刚才是线程不安全的了。那线程安全问题具体是什么呢？我们可以总结得到：

是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。

那可能发生线程安全问题的条件：

1. 是否多线程环境下，单线程情况去对数据操作，当然是没什么问题滴啦！
2. 是否存在共享变量，如上面的代码中，定义了一个全局变量ticket的演唱会门票，多个线程会共享这一变量。
3. 是否存在多条语句操作共享数据，如上面的代码中，你在卖出票后，ticket变量肯定需要减少滴呀，所以对ticket进行了减的操作了。

2. 那如何解决线程安全问题呢？

我们可以引入线程同步解决线程安全问题。在上面卖票问题中，多线程并发访问一个资源的安全性问题：也就是解决重复票与不存在票问题，Java中提供了同步机制(synchronized )来解决。

即具体的解决思路是这样的：

1.窗口1线程进入买票的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，此时是不能进行买票的操作的，只能等待窗口1买票完毕后，就进入到窗口1和窗口2和窗口3再次抢占cpu的资源去执行卖票功能。

2.也就是说在某个线程修改共享资源的时候，其他线程不能修改该资源，等待修改完毕同步之后，才能去抢夺CPU资源，完成对应的操作，保证了数据的同步性，解决了线程不安全的现象。

而synchronized 关键字又给我们提供几种方法呢：

1.实现同步代码块：synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。

2.实现同步方法：使用synchronized 修饰的方法，就叫做同步方法，保证一个线程执行该方法的时候，其他线程只能在方法外等着。

public class SynchronizedDemo {
    // 加在方法上 实际是对this对象加锁
    private synchronized void synchronizedTest() {
    }
    // 同步代码块,锁对象可以是任意的，可以使用this，或者类.class对象，或者任意对象都可以
    private void synchronizedTest2(){
        synchronized (this){
        }
    }
    // 加在静态方法上 实际是对类对象加锁
    private synchronized static void synchronizedTest3() {
    }
}

除了synchronized 关键字，还有Lock 锁，与此种方法需要自己定义锁的释放位置。

Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock(); // 自己定义开启锁位置
try {
    System. out. println("我们获得了锁");
} catch (Exception e) {
} finally {
    System. out. println("我们释放了锁");
    lock.unlock();// 需要自己定义释放锁位置，不然会存在死锁问题。
}

那我们总结下：

我们怎么保证安全问题：

1.使用synchronized关键字，实现同步代码块或者同步方法。达到保证一个线程对资源操作的时候，其他线程只能等待。

2.用手动锁 Lock，使用Lock锁出现的位置可以相对比较灵活，但是必须有释放锁的配合动作。

两者的区别：

1. synchronized 它是Java中的关键字，而Lock是一个类，它是个接口一般我们会使用ReentrantLock来创建实例对象。synchronized 它可以修饰在类、方法、变量中，可以实现同步代码块，而ReentrantLock只适用于代码块锁。
2. synchronized 操作的应该是对象头中 mark word，而ReentrantLock 底层调用的是 Unsafe 的park 方法加锁。
3. ReentrantLock 必须手动获取与释放锁，而synchronized 不需要手动释放和开启锁。
4. 两者都是可重入锁。可重入锁就是允许同一个线程多次获取同一把锁，如果某个线程已经获得某个锁，自己可以再次获取锁而不会出现死锁。而如果是不可锁重入的话，就会造成死锁。

3. 那你讲下死锁是什么吧？

死锁是指两个或两个以上的进程（线程）在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程（线程）称为死锁进程（线程）。

举个例子：你和你女朋友吵架，你们开始互掐头发，你揪着她秀长的长发，而她揪着你寸头，你们俩疼痛不比，但是彼此都是暴脾气，彼此发狠的说你放不放，不放我也不放，看先疼死了！此时你们互相观望着对方，喊着誓不放手。现在就相当产生了死锁现象，互相等待。

我们来简单演示下线程死锁的代码吧：

public class DeadlockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
        new Thread(myRunnable, "看戏观众1看到").start();
        new Thread(myRunnable, "看戏观众2看到").start();
    }
}
class MyRunnable implements Runnable {
    Object me = new Object();
    Object myGirl = new Object();
    @Override
    public void run() {
        synchronized (me) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "me：我要掐死你！你放不放呀");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "me：你放手我就放手！");
            synchronized (myGirl) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "me：你倒是快放手呀！你不疼吗？");
            }
        }
        synchronized (myGirl) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "myGirl：老娘我才要掐死你！你还不放？你今晚谁地板吧！");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "myGirl：是你放手才对！");
            synchronized (me) {// t1 , objB, 拿不到A锁,等待
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "myGirl：看来你今晚要睡地板啊");
            }
        }
    }
}

先看看结果：

首先可以看到我们的进程还在运行状态，但是都不往下运行代码了，为什么呢，我们来分析来：

此时的状态是线程1在执行第二个synchronized (myGirl) 这个同步代码块里中，还在等待me放手的时候，此时线程2又进来了，执行了第一个synchronized (me)这一个同步代码块中，相当于把me这个锁锁住了。

而线程1此时想进入第二个synchronized (me)的时候，发现这个me的锁被人拿了就陷入等待状态，而线程2发现要进入到第一个synchronized (myGirl) 中，myGirl又被线程1拿住了，也陷入了等待状态。此时状态就是两个人在互相等待对方结束释放锁，陷入了无限等待的状态。

而产生死锁的必要条件有：

两个或两个以上的线程在执行过程中，因争夺资源而造成了互相等待的状态。

1. 互斥条件：线程对于所分配到的资源具有排它性，即一个资源只能被一个线程占用，直到被该线程(进程)释放。
2. 请求与保持条件：一个线程因请求被占用资源而发生阻塞时，对已获得的资源保持不放，即一个线程在已经有一个资源的资格后，又提出了新的资源请求。
3. 不剥夺条件：线程已获得的资源在末使用完之前不能被其他线程强行剥夺，只有自己使用完毕后才释放资源。
4. 循环等待条件：当发生死锁时，所等待的线程必定会形成一个资源的环形链（类似于死循环），造成永久阻塞。

总结

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