java学习笔记——基础25(多线程安全问题(同步、死锁)、等待唤醒机制)

发表于 | 分类于 | 阅读次数：

1、多线程安全问题
2、等待唤醒机制

01线程操作共享数据的安全问题

*A:线程操作共享数据的安全问题
如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。
程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

02售票的案例

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
*A:售票的案例
 /*
  * 多线程并发访问同一个数据资源
  * 3个线程,对一个票资源,出售
  */
public class ThreadDemo {
  public static void main(String[] args) {
    //创建Runnable接口实现类对象
    Tickets t = new Tickets();
    //创建3个Thread类对象,传递Runnable接口实现类
    Thread t0 = new Thread(t);
    Thread t1 = new Thread(t);
    Thread t2 = new Thread(t);
    
    t0.start();
    t1.start();
    t2.start();
    
  }
 }

public class Tickets implements Runnable{
  
  //定义出售的票源
  private int ticket = 100;
  private Object obj = new Object();
  
  public void run(){
    while(true){
   
        if( ticket > 0){
		//模拟产生安全问题
          try {
                Thread.sleep(1);
            }
           catch (Exception ex){
                 ex.printStackTrace();
           }
          System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第 "+ticket--);
        }
      
    }
  }
 }

03线程安全问题引发

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
*A:线程安全问题引发
/*
 * 多线程并发访问同一个数据资源
 * 3个线程,对一个票资源,出售
 */
public class ThreadDemo {
 public static void main(String[] args) {
   //创建Runnable接口实现类对象
   Tickets t = new Tickets();
   //创建3个Thread类对象,传递Runnable接口实现类
   Thread t0 = new Thread(t);
   Thread t1 = new Thread(t);
   Thread t2 = new Thread(t);
   
   t0.start();
   t1.start();
   t2.start();
   
 }
}
/*
 *  通过线程休眠,出现安全问题
 */
public class Tickets implements Runnable{
 
 //定义出售的票源
 private int ticket = 100;
 private Object obj = new Object();
 
 public void run(){
   while(true){

     //对票数判断,大于0,可以出售,变量--操作
       if( ticket > 0){
         try{
            Thread.sleep(10); //加了休眠让其他线程有执行机会
         }catch(Exception ex){}
         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第 "+ticket--);
       }
   }
 }
}

04同步代码块解决线程安全问题

线程同步的方式有两种：
 方式1：同步代码块
 方式2：同步方法

同步代码块中的锁对象可以是任意的对象；但多个线程时，要使用同一个锁对象才能够保证线程安全。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
*A:同步代码块解决线程安全问题
  *A:售票的案例
  /*
   * 多线程并发访问同一个数据资源
   * 3个线程,对一个票资源,出售
   */
public class ThreadDemo {
   public static void main(String[] args) {
     //创建Runnable接口实现类对象
     Tickets t = new Tickets();
     //创建3个Thread类对象,传递Runnable接口实现类
     Thread t0 = new Thread(t);
     Thread t1 = new Thread(t);
     Thread t2 = new Thread(t);
     
     t0.start();
     t1.start();
     t2.start();
     
   }
  }
  "/*
   *  通过线程休眠,出现安全问题
   *  解决安全问题,Java程序,提供技术,同步技术
   *  公式:
   *    synchronized(任意对象){
   *      线程要操作的共享数据
   *    }
   *    同步代码块
   */"
public class Tickets implements Runnable{
   
   //定义出售的票源
   private int ticket = 100;
   private Object obj = new Object();
   
   public void run(){
     while(true){
       //线程共享数据,保证安全,加入同步代码块
       synchronized(obj){
       //对票数判断,大于0,可以出售,变量--操作
         if( ticket > 0){
           try{
              Thread.sleep(10);
           }catch(Exception ex){}
           System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第 "+ticket--);
         }
       }
     }
   }
  }

05同步代码块的执行原理

A:同步代码块的执行原理
同步代码块: 在代码块声明上 加上synchronized
synchronized (锁对象) {
可能会产生线程安全问题的代码
}

同步代码块中的锁对象可以是任意的对象；但多个线程时，要使用同一个锁对象才能够保证线程安全。

06同步的上厕所原理

*A:同步的上厕所原理
a:不使用同步:线程在执行的过程中会被打扰
线程比喻成人
线程执行代码就是上一个厕所
第一个人正在上厕所,上到一半,被另外一个人拉出来
b:使用同步:
线程比喻成人
线程执行代码就是上一个厕所
锁比喻成厕所门
第一个人上厕所,会锁门
第二个人上厕所,看到门锁上了,等待第一个人上完再去上厕所

07同步方法

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
*A:同步方法:
/*
* 多线程并发访问同一个数据资源
* 3个线程,对一个票资源,出售
*/
public class ThreadDemo {
	public static void main(String[] args) {
	  //创建Runnable接口实现类对象
	  Tickets t = new Tickets();
	  //创建3个Thread类对象,传递Runnable接口实现类
	  Thread t0 = new Thread(t);
	  Thread t1 = new Thread(t);
	  Thread t2 = new Thread(t);
	  
	  t0.start();
	  t1.start();
	  t2.start();
	  
	}
}

*A:同步方法
 "/*
  *  采用同步方法形式,解决线程的安全问题
  *  好处: 代码简洁
  *  将线程共享数据,和同步,抽取到一个方法中
  *  在方法的声明上,加入同步关键字
  *  
  *  问题:
  *    同步方法有锁吗,肯定有,同步方法中的对象锁,是本类对象引用 this
  *    如果方法是静态的呢,同步有锁吗,绝对不是this
  *    锁是本类自己.class 属性
  *    静态方法,同步锁,是本类类名.class属性
  */"
public class Tickets implements Runnable{

  //定义出售的票源
  private  int ticket = 100;
  
  public void run(){
    while(true){
      payTicket();
    }
  }
  
  public  synchronized void payTicket(){  
      if( ticket > 0){
        try{
           Thread.sleep(10);
        }catch(Exception ex){}
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第 "+ticket--);
      }
    
  }
 }

08JDK1.5新特性Lock接口,实现类ReentrantLock

Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。此实现允许更灵活的结构，可以具有差别很大的属性，可以支持多个相关的 Condition 对象。

锁是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。通常，锁提供了对共享资源的独占访问。一次只能有一个线程获得锁，对共享资源的所有访问都需要首先获得锁。不过，某些锁可能允许对共享资源并发访问，如 ReadWriteLock 的读取锁。

synchronized 方法或语句的使用提供了对与每个对象相关的隐式监视器锁的访问，但却强制所有锁获取和释放均要出现在一个块结构中：当获取了多个锁时，它们必须以相反的顺序释放，且必须在与所有锁被获取时相同的词法范围内释放所有锁。

虽然 synchronized 方法和语句的范围机制使得使用监视器锁编程方便了很多，而且还帮助避免了很多涉及到锁的常见编程错误，但有时也需要以更为灵活的方式使用锁。例如，某些遍历并发访问的数据结果的算法要求使用 “hand-over-hand” 或 “chain locking”：获取节点 A 的锁，然后再获取节点 B 的锁，然后释放 A 并获取 C，然后释放 B 并获取 D，依此类推。Lock 接口的实现允许锁在不同的作用范围内获取和释放，并允许以任何顺序获取和释放多个锁，从而支持使用这种技术。

随着灵活性的增加，也带来了更多的责任。不使用块结构锁就失去了使用 synchronized 方法和语句时会出现的锁自动释放功能。在大多数情况下，应该使用以下语句： 

1
2
3
4
5
6
7
Lock l = ...; 
     l.lock();
     try {
         // access the resource protected by this lock
     } finally {
         l.unlock();//最后必须释放锁
     }
1
2
3
4
5
6
7
*A:JDK1.5新特性Lock接口
    查阅API，查阅Lock接口描述，Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。
   Lock接口中的常用方法
        void lock()
        void unlock()
  Lock提供了一个更加面对对象的锁，在该锁中提供了更多的操作锁的功能。
  我们使用Lock接口,以及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步，对电影院卖票案例中Ticket

09利用Lock接口实现类ReentrantLock改进售票案例

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
*A:Lock接口改进售票案例
  /*
   * 多线程并发访问同一个数据资源
   * 3个线程,对一个票资源,出售
   */
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
      //创建Runnable接口实现类对象
      Tickets t = new Tickets();
      //创建3个Thread类对象,传递Runnable接口实现类
      Thread t0 = new Thread(t);
      Thread t1 = new Thread(t);
      Thread t2 = new Thread(t);
      
      t0.start();
      t1.start();
      t2.start();
      
    }
  }
  "/*
   *  使用JDK1.5 的接口Lock,替换同步代码块,实现线程的安全性
   *  Lock接口方法:
   *     lock() 获取锁
   *     unlock()释放锁
   *  实现类ReentrantLock
   */"
 public class Tickets implements Runnable{
    
    //定义出售的票源
    private int ticket = 100;
    //在类的成员位置,创建Lock接口的实现类对象
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    
    public void run(){
      while(true){
        //调用Lock接口方法lock获取锁
          lock.lock();
        //对票数判断,大于0,可以出售,变量--操作
          if( ticket > 0){
            try{
               Thread.sleep(10);
               System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第 "+ticket--);
            }catch(Exception ex){
              
            }finally{
              ////最后必须释放锁,调用Lock接口方法unlock
              lock.unlock();
            }
          }
      }
    }
  }

10线程的死锁原理

*A:线程的死锁原理
当线程任务中出现了多个同步(多个锁) 时，如果同步中嵌套了其他的同步。这时容易引发一种现象：程序出现无限等待，这种现象我们称为死锁。这种情况能避免就避免掉。

1
2
3
4
5
synchronzied(A锁){
    synchronized(B锁){
              
    }
}

11线程的死锁代码实现

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
*A:线程的死锁代码实现
 
 public class LockA {
    private LockA(){}
    
    public  static final LockA locka = new LockA();
  }

  
 public class LockB {
    private LockB(){}
    
    public static final LockB lockb = new LockB();
  }


 public class DeadLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
      DeadLock dead = new DeadLock();
      Thread t0 = new Thread(dead);
      Thread t1 = new Thread(dead);
      t0.start();
      t1.start();
    }
  }

public class DeadLock implements Runnable{
    private int i = 0;
    public void run(){
      while(true){
        if(i%2==0){
          //先进入A同步,再进入B同步
          synchronized(LockA.locka){
            System.out.println("if...locka");
            synchronized(LockB.lockb){
              System.out.println("if...lockb");
            }
          }
        }else{
          //先进入B同步,再进入A同步
          synchronized(LockB.lockb){
            System.out.println("else...lockb");
            synchronized(LockA.locka){
              System.out.println("else...locka");
            }
          }
        }
        i++;
      }
    }
   }

打印效果之一：
if … locka
if … lockb
else … lockb
if … locka
这是因为：
Thread t0 = new Thread(dead);
Thread t1 = new Thread(dead);
2个线程都执行了DeadLock程序的内容，即2个线程可以共享DeadLock中同一锁对象LockA.locka，和LockB.lockb

在线程1执行完if语句后，进入else语句执行完B同步，正准备执行A同步时，这时线程2突然抢占了资源，执行了if语句中的A同步，准备执行B同步;

即这时线程1获得了B同步的锁对象LockB.lockb；而线程2获得了A同步的锁对象LockA.locka，导致线程1没有A同步的锁对象，无法执行A同步；线程2没有B同步的锁对象，无法执行B同步,陷入死锁

12线程等待与唤醒案例介绍

线程之间的通信：多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同
通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。
*A:线程等待与唤醒案例介绍
等待唤醒机制所涉及到的方法：
wait（） :等待，将正在执行的线程释放其执行资格 和 执行权，并存储到线程池中。
notify（）：唤醒，唤醒线程池中被wait（）的线程，一次唤醒一个，而且是任意的。
notifyAll（）： 唤醒全部：可以将线程池中的所有wait() 线程都唤醒。
其实，所谓唤醒的意思就是让 线程池中的线程具备执行资格。必须注意的是，这些方法都是在 同步中才有效。同时这些方法在使用时必须标明所属锁，这样才可以明确出这些方法操作的到底是哪个锁上的线程。

13线程等待与唤醒案例资源类编写

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
*A:线程等待与唤醒案例资源类编写
/*
 *  定义资源类,有2个成员变量
 *  name,sex
 *  同时有2个线程,对资源中的变量操作
 *  1个对name,age赋值
 *  2个对name,age做变量的输出打印
 */
public class Resource {
  public String name;
  public String sex;
}

14线程等待与唤醒案例输入和输出线程

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
A:线程等待与唤醒案例输入和输出线程
 /*
   *  输入的线程,对资源对象Resource中成员变量赋值
   *  一次赋值 张三,男
   *  下一次赋值 lisi,nv
 */
 public class Input implements Runnable {
    private Resource r=new Resource();
   
    public void run() {
      int i=0;
      while(true){
        if(i%2==0){
           r.name="张三";
           r.sex="男";
         }else{
            r.name="lisi";
            r.sex="女";
          }
        i++;
      }
    }
  }

  /*
   *  输出线程,对资源对象Resource中成员变量,输出值
   */
 public class Output implements Runnable {
    private Resource r=new Resource() ;
     
    public void run() {
      while(true){
         System.out.println(r.name+"..."+r.sex); 
        }
      }
  }

15线程等待与唤醒案例测试类

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
A:线程等待与唤醒案例测试类
  /*
   *  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
   */
  public class ThreadDemo{
    public static void main(String[] args) {
      
      Resource r = new Resource();
      
      Input in = new Input();
      Output out = new Output();
      
      Thread tin = new Thread(in);
      Thread tout = new Thread(out);
      
      tin.start();
      tout.start();
    }
  }

16线程等待与唤醒案例null值解决

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
A:线程等待与唤醒案例null值解决
/*
*  输入的线程,对资源对象Resource中成员变量赋值
*  一次赋值 张三,男
*  下一次赋值 lisi,nv
*/
public class Input implements Runnable {
 private Resource r;
 public Input(Resource r){
   this.r=r;
 }

 public void run() {
   int i=0;
   while(true){
     if(i%2==0){
        r.name="张三";
        r.sex="男";
      }else{
         r.name="lisi"
         r.sex="女"
       }
     i++;
   }
 }
}

/*
*  输出线程,对资源对象Resource中成员变量,输出值
*/ 
public class Output implements Runnable {
 private Resource r;
 public Output(Resource r){
    this.r=r;
 } 
 public void run() {
   while(true){
      System.out.println(r.name+"..."+r.sex); 
     }
   }
 }

}
/*
*  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
*/
public class ThreadDemo{
 public static void main(String[] args) {
   
   Resource r = new Resource();
   
   Input in = new Input(r);
   Output out = new Output(r);
   
   Thread tin = new Thread(in);
   Thread tout = new Thread(out);
   
   tin.start();
   tout.start();
 }
}

17线程等待与唤醒案例数据安全解决

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
A:线程等待与唤醒案例数据安全解决
/*
  *  输入的线程,对资源对象Resource中成员变量赋值
  *  一次赋值 张三,男
  *  下一次赋值 lisi,nv
*/
public class Input implements Runnable {
   private Resource r;
   public Input(Resource r){
     this.r=r;
   }
  
   public void run() {
     int i=0;
     while(true){
      synchronized(r){
       if(i%2==0){
          r.name="张三";
          r.sex="男";
        }else{
           r.name="lisi"
           r.sex="女"
         }
       i++;
     }

   }
 }

 /*
  *  输出线程,对资源对象Resource中成员变量,输出值
  */ 
public class Output implements Runnable {
   private Resource r;
   public Output(Resource r){
      this.r=r;
   } 
   public void run() {
     while(true){
        synchronized(r){
         System.out.println(r.name+"..."+r.sex); 
        }
       }
     }
   }

 }
 /*
  *  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
  */
public class ThreadDemo{
   public static void main(String[] args) {
     
     Resource r = new Resource();
     
     Input in = new Input(r);
     Output out = new Output(r);
     
     Thread tin = new Thread(in);
     Thread tout = new Thread(out);
     
     tin.start();
     tout.start();
   }
 }

18线程等待与唤醒案例通信的分析

*A:线程等待与唤醒案例通信的分析
输入: 赋值后,执行方法wait()永远等待
输出: 变量值打印输出,在输出等待之前,唤醒【输入】的notify(),自己在wait()永远等待
输入: 被唤醒后,重新对变量赋值,赋值后,必须唤醒【输出】的线程notify(),自己的wait()

19线程等待与唤醒案例的实现

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
*A 线程等待与唤醒案例的实现

 /*
  *  定义资源类,有2个成员变量
  *  name,sex
  *  同时有2个线程,对资源中的变量操作
  *  1个对name,age赋值
  *  2个对name,age做变量的输出打印
  */
public class Resource {
  public String name;
  public String sex;
  public boolean flag = false;
 }

 /*
  *  输入的线程,对资源对象Resource中成员变量赋值
  *  一次赋值 张三,男
  *  下一次赋值 lisi,nv
  */
public class Input implements Runnable {
  private Resource r ;
  
  public Input(Resource r){
    this.r = r;
  }
  
  public void run() {
    int i = 0 ;
    while(true){
      synchronized(r){
        //标记是true,等待
          if(r.flag){
            try{r.wait();}catch(Exception ex){}
          }
        
        if(i%2==0){
          r.name = "张三";
          r.sex = "男";
        }else{
          r.name = "lisi";
          r.sex = "nv";
        }
        //将对方线程唤醒,标记改为true
        r.flag = true;
        r.notify();
      }
      i++;
    }
  }

 }
 
 /*
  *  输出线程,对资源对象Resource中成员变量,输出值
  */
public class Output implements Runnable {
  private Resource r ;
  
  public Output(Resource r){
    this.r = r;
  }
  public void run() {
    while(true){
      synchronized(r){  
        //判断标记,是false,等待
      if(!r.flag){
        try{r.wait();}catch(Exception ex){}
        }
      System.out.println(r.name+".."+r.sex);
      //标记改成false,唤醒对方线程
      r.flag = false;
      r.notify();
      }
    }
  }

 }

 /*
  *  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
  */
public class ThreadDemo{
  public static void main(String[] args) {
    
    Resource r = new Resource();
    
    Input in = new Input(r);
    Output out = new Output(r);
    
    Thread tin = new Thread(in);
    Thread tout = new Thread(out);
    
    tin.start();
    tout.start();
  }
 }

20总结

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
	同步锁
"多个线程"想保证线程安全，必须要使用"同一个锁对象"
	同步代码块
         synchronized (锁对象){
    可能产生线程安全问题的代码
}
同步代码块的"锁对象"可以是"任意(Object)的对象"

	同步方法
         public synchronized void method(){
              可能产生线程安全问题的代码
	}
	同步方法中的锁对象是 this


	静态同步方法
public synchronized void method(){
      可能产生线程安全问题的代码
}

"静态同步方法中的锁对象"是 类名.class

	多线程有几种实现方案，分别是哪几种?
"
	a, 继承Thread类
	b, 实现Runnable接口
	c, 通过线程池，实现Callable接口
"
	同步有几种方式，分别是什么?
"
	a,同步代码块
	b,同步方法
	  静态同步方法
"

	启动一个线程是run()还是start()?它们的区别?
"	启动一个线程是start()
	区别：
		start： 启动线程，并调用线程中的run()方法
		run  : 执行该线程对象要执行的任务
"
                                                                                                 void test() 
sleep()和wait()方法的区别
	sleep: 不释放锁对象, 释放CPU使用权
			在休眠的时间内，不能唤醒
	wait(): 释放锁对象, 释放CPU使用权
			在等待的时间内，能唤醒

	为什么wait(),notify(),notifyAll()等方法都定义在Object类中
	锁对象可以是任意类型的对象
-------------本文结束感谢您的阅读-------------
感谢您的支持，我会继续努力的!
0%