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多線程編程中鎖如何保證自己是線程安全的？

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錢艷冰2年前15瀏覽0評論

線程安全問題概述

賣票問題分析

  • 單窗口賣票


一個窗口(單線程)賣100張票沒有問題

單線程程序是不會出現線程安全問題的

  • 多個窗口賣不同的票



3個窗口一起賣票,賣的票不同,也不會出現問題

多線程程序,沒有訪問共享數據,不會產生問題

  • 多個窗口賣相同的票



3個窗口賣的票是一樣的,就會出現安全問題

多線程訪問了共享的數據,會產生線程安全問題

線程安全問題代碼實現

模擬賣票案例

創建3個線程,同時開啟,對共享的票進行出售


線程安全問題原理分析

線程安全問題產生原理圖

分析：線程安全問題正常是不允許產生的,我們可以讓一個線程在訪問共享數據的時候,無論是否失去了cpu的執行權;讓其他的線程只能等待,等待當前線程賣完票,其他線程在進行賣票。

解決線程安全問題辦法1-synchronized同步代碼塊

同步代碼塊：synchronized關鍵字可以用于方法中的某個區塊中，表示只對這個區塊的資源實行互斥訪問。

使用synchronized同步代碼塊格式:

synchronized(鎖對象){
可能會出現線程安全問題的代碼(訪問了共享數據的代碼)
}

代碼實現如下：


注意:

  1. 代碼塊中的鎖對象,可以使用任意的對象。
  2. 但是必須保證多個線程使用的鎖對象是同一個。
  3. 鎖對象作用：把同步代碼塊鎖住,只讓一個線程在同步代碼塊中執行。

同步技術原理分析

同步技術原理：

使用了一個鎖對象,這個鎖對象叫同步鎖,也叫對象鎖,也叫對象監視器

3個線程一起搶奪cpu的執行權,誰搶到了誰執行run方法進行賣票。

  • t0搶到了cpu的執行權,執行run方法,遇到synchronized代碼塊這時t0會檢查synchronized代碼塊是否有鎖對象
發現有,就會獲取到鎖對象,進入到同步中執行

  • t1搶到了cpu的執行權,執行run方法,遇到synchronized代碼塊這時t1會檢查synchronized代碼塊是否有鎖對象
發現沒有,t1就會進入到阻塞狀態，會一直等待t0線程歸還鎖對象，t0線程執行完同步中的代碼,會把鎖對象歸還給同步代碼塊t1才能獲取到鎖對象進入到同步中執行

總結：同步中的線程,沒有執行完畢不會釋放鎖,同步外的線程沒有鎖進不去同步。

解決線程安全問題辦法2-synchronized普通同步方法

同步方法:使用synchronized修飾的方法,就叫做同步方法,保證A線程執行該方法的時候,其他線程只能在方法外等著。

格式：

publicsynchronizedvoidpayTicket(){
可能會出現線程安全問題的代碼(訪問了共享數據的代碼)
}

代碼實現：


分析：定義一個同步方法，同步方法也會把方法內部的代碼鎖住，只讓一個線程執行。

同步方法的鎖對象是誰?

就是實現類對象newRunnableImpl()，也是就是this，所以同步方法是鎖定的this對象。

解決線程安全問題辦法3-synchronized靜態同步方法

同步方法：使用synchronized修飾的方法,就叫做同步方法,保證A線程執行該方法的時候,其他線程只能在方法外等著。對于static方法,我們使用當前方法所在類的字節碼對象(類名.class)。

格式：

publicstaticsynchronizedvoidpayTicket(){
可能會出現線程安全問題的代碼(訪問了共享數據的代碼)
}

代碼實現：


分析：靜態的同步方法鎖對象是誰?

不能是this,this是創建對象之后產生的,靜態方法優先于對象

靜態方法的鎖對象是本類的class屬性–>class文件對象(反射)。

解決線程安全問題辦法4-Lock鎖

Lock接口中的方法:

  • publicvoidlock():加同步鎖。
  • publicvoidunlock():釋放同步鎖
使用步驟:

  1. 在成員位置創建一個ReentrantLock對象
  2. 在可能會出現安全問題的代碼前調用Lock接口中的方法lock獲取鎖
  3. 在可能會出現安全問題的代碼后調用Lock接口中的方法unlock釋放鎖
代碼實現：


分析：
java.util.concurrent.locks.Lock接口

Lock實現提供了比使用synchronized方法和語句可獲得的更廣泛的鎖定操作。相比Synchronized，ReentrantLock類提供了一些高級功能，主要有以下3項：

  1. 等待可中斷，持有鎖的線程長期不釋放的時候，正在等待的線程可以選擇放棄等待，這相當于Synchronized來說可以避免出現死鎖的情況。通過lock.lockInterruptibly()來實現這個機制。
  2. 公平鎖，多個線程等待同一個鎖時，必須按照申請鎖的時間順序獲得鎖，Synchronized鎖非公平鎖，ReentrantLock默認的構造函數是創建的非公平鎖，可以通過參數true設為公平鎖，但公平鎖表現的性能不是很好。
公平鎖、非公平鎖的創建方式：


  1. 鎖綁定多個條件，一個ReentrantLock對象可以同時綁定多個對象。ReenTrantLock提供了一個Condition（條件）類，用來實現分組喚醒需要喚醒的線程們，而不是像synchronized要么隨機喚醒一個線程要么喚醒全部線程。

ReentrantLock和Synchronized的區別

相同點：

  1. 它們都是加鎖方式同步；
  2. 都是重入鎖；
  3. 阻塞式的同步；也就是說當如果一個線程獲得了對象鎖，進入了同步塊，其他訪問該同步塊的線程都必須阻塞在同步塊外面等待，而進行線程阻塞和喚醒的代價是比較高的（操作系統需要在用戶態與內核態之間來回切換，代價很高，不過可以通過對鎖優化進行改善）；