Java中关于线程安全的三种解决方式

三个窗口卖票的例子解决线程安全问题

• 问题：买票过程中，出现了重票、错票-->出现了线程的安全问题
• 问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票
• 如何解决：当一个线程a在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来，知道线程a操作完ticket时，其他线程才可以开始操作ticket,这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变
• 在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。(线程安全问题的前提：有共享数据)

方式一：同步代码块

synchronized(同步监视器){
//需要被同步的代码(或操作共享数据的代码)
}

说明：

1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码(不能包含代码多了(变成单线程会效率低，也有可能会出错)，也不能包含代码少了(没包的会阻塞))

2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据

3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。

要求：多个线程必须要共用同一把锁。(特别注意！！！！！)
补充：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用(具体问题具体分析)this充当同步监视器

class window1 implements Runnable{
    private int ticket = 100;
//    Object obj = new Object();
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            synchronized (this) {//此时的this:唯一的Window1的对象
//            synchronized(obj) {
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖票,票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}
public class WindowTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        window1 w = new window1();//只造了一个对象，所以100张票共享
        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);
        t1.setName("线程1");
        t2.setName("线程2");
        t3.setName("线程3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

class Window extends Thread{
    private static int ticket = 100;//三个窗口共享：声明为static
    private static Object obj = new Object();
    @Override
    public void run() {
        while(true) {
//                synchronized (obj) {
              synchronized (Window.class){//Class clazz = Window.class,Window.class只会加载一次
//              synchronized (this) {//错误的方式：this代表着t1,t2,t3三个对象
                        if (ticket > 0) {
                            try {
                                Thread.sleep(100);
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                            System.out.println(getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
                            ticket--;
                        } else {
                            break;
                        }
                    }
                }
        }
    }
public class WindowTest {
    public static void main(String[] args) {
        Window t1 = new Window();
        Window t2 = new Window();
        Window t3 = new Window();
        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

方式二：同步方法

如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。
4.同步的方式，解决了线程的安全问题。---->好处
操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。--->局限性

关于同步方法的总结：
1.同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
2.非静态的同步方法，同步监视器是：this
静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身

class window3 implements Runnable{
    private int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            show();
        }
    }
    public synchronized void show(){//同步监视器：this(未显示声明而已)
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖票,票号为：" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}
public class WindowTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        window3 w = new window3();
        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);
        t1.setName("线程1");
        t2.setName("线程2");
        t3.setName("线程3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

class Window4 extends Thread{
    private static int ticket = 100;//三个窗口共享：声明为static
    @Override
    public void run() {
        while(true){
           show();
        }
    }
    private static synchronized void show() {//同步监视器：Window4.class(类)
//        private synchronized void show() {//同步监视器：t1,t2,t3。此种解决方式是错误的
        if(ticket > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}
public class WindowTest4 {
    public static void main(String[] args) {
        Window4 t1 = new Window4();
        Window4 t2 = new Window4();
        Window4 t3 = new Window4();
        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

方式三：Lock锁---JDK5.0新增

JDK5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制---通过显式定义同步锁对象来实现同步，同步锁使用Lock对象充当。

java.util.concurrent.locks接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象

ReentrantLock类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock,可以显式加锁，释放锁。

class Window implements Runnable{
    private int ticket = 100;
    //1.实例化ReentrantLock
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try{
                //2.调用锁定方法：lock()
                lock.lock();
                if(ticket > 0){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                     }catch (InterruptedException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                }else{
                    break;
                }
            }  finally{
                //3.调用解锁方法：unlock();
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}
public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Window w = new Window();
        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);
        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

线程的死锁问题

1.死锁的理解：不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己的需要
的同步资源，就形成了线程的死锁。
2.说明：
>出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续
>我们使用同步时，要避免出现死锁

3.解决方法

A.专门的算法、原则 B.尽量减少同步资源的定义 C.尽量避免嵌套同步

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuffer s1 = new StringBuffer();
        StringBuffer s2 = new StringBuffer();
        new Thread(){//匿名的方式继承
            @Override
            public void run() {
               synchronized(s1){
                   s1.append("a");
                   s2.append("1");
                   try {
                       Thread.sleep(100);//增加死锁出现概率
                   } catch (InterruptedException e) {
                       e.printStackTrace();
                   }
                   synchronized (s2){
                       s1.append("b");
                       s2.append("2");
                       System.out.println(s1);
                       System.out.println(s2);
                   }
               }
            }
        }.start();
        new Thread(new Runnable(){//匿名的方式实现Runnable接口
            @Override
            public void run() {
                synchronized (s2){
                    s1.append("c");
                    s2.append("3");
                    try {
                        Thread.sleep(100);//增加死锁出现概率
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (s1){
                        s1.append("d");
                        s2.append("4");
                        System.out.println(s1);
                        System.out.println(s2);
                    }
                }
            }
        }).start();
    }
}

synchronized和Lock的对比

1.Lock是显示锁(手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁)，synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放

2.Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁

3.使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的拓展性(提供更多的子类)

4.synchronized 与 Lock的异同？

相同：二者都可以解决线程安全问题

不同：synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器 Lock需要手动的启动同步(lock()),同时结束同步也需要手动的实现(unlock())

优先使用顺序： Lock ->同步代码块(已经进入了方法体，分配了相应资源) ->同步方法(在方法体之外)

到此这篇关于Java中关于线程安全的三种解决方式的文章就介绍到这了,更多相关Java 线程安全内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！