12306是抢票原理分析-多线程之间实现同步

理解线程安全？
synchronized用法
死锁
Java内存模型
Vlolatile
ThreadLock

什么是线程安全

当多个线程同时共享，同一个全局变量或者静态变量，做写得操作时，可能会发生数据冲突问题，也就是线程安全问题。但是做读操作是不会发生数据冲突问题。

举个例子，同时售卖火车票

package com.evan.springboot.concurrentDemo.ticket;/*** @author evanYang* @version 1.0* @date 2020/05/03 10:01*/
public class ThreadTran implements Runnable {private int count=100;private static Object object=new Object();@Overridepublic void run() {while (count>0){try {Thread.sleep(50);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}sale();}}public void sale(){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+",正在出售第"+(100-count+1));count--;}
}

package com.evan.springboot.concurrentDemo.ticket;/*** @author evanYang* @version 1.0* @date 2020/05/03 10:02*/
public class Demo {public static void main(String[] args) {ThreadTran threadTran = new ThreadTran();Thread t1 = new Thread(threadTran, "一号窗口");Thread t2 = new Thread(threadTran, "二二");t1.start();t2.start();}
}

一号窗口和二号窗口同时出售火车第一张和第七张,部分火车票会重复出售。
结论发现，多个线程共享同一个全局成员变量时，做写的操作可能会发生数据冲突问题。

线程安全问题的解决办法：

问:如何解决多线程之间线程安全问题?
答:使用多线程之间同步synchronized或使用锁(lock)。
问:为什么使用线程同步或使用锁能解决线程安全问题呢？
答:将可能会发生数据冲突问题(线程不安全问题)，只能让当前一个线程进行执行。代码执行完成后释放锁，让后才能让其他线程进行执行。这样的话就可以解决线程不安全问题。
问:什么是多线程之间同步？
答:当多个线程共享同一个资源,不会受到其他线程的干扰。

package com.evan.springboot.concurrentDemo.ticket;/*** @author evanYang* @version 1.0* @date 2020/05/03 10:01*/
public class ThreadTran implements Runnable {private int count=100;private static Object object=new Object();@Overridepublic void run() {while (count>0){try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}sale();}}public void sale(){if (count>0) {synchronized (object) {if (count > 0) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",正在出售第" + (100 - count + 1));count--;}}}}
}

多线程死锁

死锁的定义：

多线程以及多进程改善了系统资源的利用率并提高了系统的处理能力。然而，并发执行也带来了新的问题——死锁。所谓死锁是指多个线程因竞争资源而造成的一种僵局（互相等待），若无外力作用，这些进程都将无法向前推进。

死锁产生的原因

系统资源的竞争
通常系统中拥有的不可剥夺资源，其数量不足以满足多个进程运行的需要，使得进程在运行过程中，会因争夺资源而陷入僵局，如磁带机、打印机等。只有对不可剥夺资源的竞争才可能产生死锁，对可剥夺资源的竞争是不会引起死锁的。
进程推进顺序非法
进程在运行过程中，请求和释放资源的顺序不当，也同样会导致死锁。例如，并发进程 P1、P2分别保持了资源R1、R2，而进程P1申请资源R2，进程P2申请资源R1时，两者都会因为所需资源被占用而阻塞。

信号量使用不当也会造成死锁。进程间彼此相互等待对方发来的消息，结果也会使得这些进程间无法继续向前推进。例如，进程A等待进程B发的消息，进程B又在等待进程A 发的消息，可以看出进程A和B不是因为竞争同一资源，而是在等待对方的资源导致死锁。

死锁产生的必要条件
产生死锁必须同时满足以下四个条件，只要其中任一条件不成立，死锁就不会发生。

互斥条件：进程要求对所分配的资源（如打印机）进行排他性控制，即在一段时间内某资源仅为一个进程所占有。此时若有其他进程请求该资源，则请求进程只能等待。
不剥夺条件：进程所获得的资源在未使用完毕之前，不能被其他进程强行夺走，即只能由获得该资源的进程自己来释放（只能是主动释放)。
请求和保持条件：进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但对自己已获得的资源保持不放。
循环等待条件：存在一种进程资源的循环等待链，链中每一个进程已获得的资源同时被链中下一个进程所请求。即存在一个处于等待状态的进程集合{Pl, P2, …, pn}，其中Pi等待的资源被P(i+1)占有（i=0, 1, …, n-1)，Pn等待的资源被P0占有，如图2-15所示。

锁顺序死锁

package com.evan.springboot.concurrentDemo.DeadLock;/*** @author evanYang* @version 1.0* @date 2020/05/03 10:19*/
public class LeftRightDeadLock {private final static Object left=new Object();private final Object right=new Object();public boolean flag=true;public void leftRight() throws InterruptedException {synchronized (left){Thread.sleep(200);synchronized (right){Thread.sleep(60);}}}public void rightLeft() throws InterruptedException {synchronized (right){Thread.sleep(200);synchronized (left){Thread.sleep(60);}}}}

package com.evan.springboot.concurrentDemo.DeadLock;/*** @author evanYang* @version 1.0* @date 2020/05/03 10:21*/
public class Demo {public static void main(String[] args) {LeftRightDeadLock leftRightDeadLock = new LeftRightDeadLock();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {leftRightDeadLock.leftRight();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}).start();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {leftRightDeadLock.rightLeft();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}).start();}
}

package com.evan.springboot.concurrentDemo.DeadLock;/*** @author evanYang* @version 1.0* @date 2020/05/03 10:27*/
public class DeadLockDemo implements Runnable {public int flag = 1;//静态对象是类的所有对象共享的private static Object o1 = new Object(), o2 = new Object();@Overridepublic void run() {System.out.println("flag=" + flag);if (flag == 1) {synchronized (o1) {try {Thread.sleep(500);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}synchronized (o2) {System.out.println("1");}}}if (flag == 0) {synchronized (o2) {try {Thread.sleep(500);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}synchronized (o1) {System.out.println("0");}}}}public static void main(String[] args) {DeadLockDemo td1 = new DeadLockDemo();DeadLockDemo td2 = new DeadLockDemo();td1.flag = 1;td2.flag = 0;//td1,td2都处于可执行状态，但JVM线程调度先执行哪个线程是不确定的。//td2的run()可能在td1的run()之前运行new Thread(td1).start();new Thread(td2).start();}
}

如何避免死锁

在有些情况下死锁是可以避免的。三种用于避免死锁的技术：

加锁顺序（线程按照一定的顺序加锁）
加锁时限（线程尝试获取锁的时候加上一定的时限，超过时限则放弃对该锁的请求，并释放自己占有的锁）
死锁检测

多线程的三大特性

原子性
可见性
有序性

原子性

即一个操作或者多个操作要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。
一个很经典的例子就是银行账户转账问题：
比如从账户A向账户B转1000元，那么必然包括2个操作：从账户A减去1000元，往账户B加上1000元。这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。
我们操作数据也是如此，比如i = i+1；其中就包括，读取i的值，计算i，写入i。这行代码在Java中是不具备原子性的，则多线程运行肯定会出问题，所以也需要我们使用同步和lock这些东西来确保这个特性了。
原子性其实就是保证数据一致、线程安全一部分，

可见性
当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。
若两个线程在不同的cpu，那么线程1改变了i的值还没刷新到主存，线程2又使用了i，那么这个i值肯定还是之前的，线程1对变量的修改线程没看到这就是可见性问题。
有序性

程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
一般来说处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。如下：
int a = 10; //语句1
int r = 2; //语句2
a = a + 3; //语句3
r = a*a; //语句4
则因为重排序，他还可能执行顺序为 2-1-3-4，1-3-2-4
但绝不可能 2-1-4-3，因为这打破了依赖关系。
显然重排序对单线程运行是不会有任何问题，而多线程就不一定了，所以我们在多线程编程时就得考虑这个问题了。

java内存模型

共享内存模型指的就是Java内存模型(简称JMM)，JMM决定一个线程对共享变量的写入时,能对另一个线程可见。从抽象的角度来看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。

从上图来看，线程A与线程B之间如要通信的话，必须要经历下面2个步骤：

首先，线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。
然后，线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。

如上图所示，本地内存A和B有主内存中共享变量x的副本。假设初始时，这三个内存中的x值都为0。线程A在执行时，把更新后的x值（假设值为1）临时存放在自己的本地内存A中。当线程A和线程B需要通信时，线程A首先会把自己本地内存中修改后的x值刷新到主内存中，此时主内存中的x值变为了1。随后，线程B到主内存中去读取线程A更新后的x值，此时线程B的本地内存的x值也变为了1。
从整体来看，这两个步骤实质上是线程A在向线程B发送消息，而且这个通信过程必须要经过主内存。JMM通过控制主内存与每个线程的本地内存之间的交互，来为java程序员提供内存可见性保证。

总结：什么是Java内存模型：java内存模型简称jmm，定义了一个线程对另一个线程可见。共享变量存放在主内存中，每个线程都有自己的本地内存，当多个线程同时访问一个数据的时候，可能本地内存没有及时刷新到主内存，所以就会发生线程安全问题。

Volatitle

Volatile 关键字的作用是变量在多个线程之间可见。

package com.evan.springboot.concurrentDemo;/*** @author evanYang* @version 1.0* @date 2020/05/03 11:28*/
public class ThreadVolatitleDemo extends Thread {public boolean flag=true;@Overridepublic void run(){System.out.println("开始执行子线程");while (flag){}System.out.println("线程停止");}public void setRunging (boolean flag){this.flag=flag;}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {ThreadVolatitleDemo demo = new ThreadVolatitleDemo();demo.start();Thread.sleep(3000);demo.setRunging(false);System.out.println("flag 已经设置成false");Thread.sleep(1000);System.out.println(demo.flag);}
}

已经将结果设置为fasle为什么？还一直在运行呢。
原因:线程之间是不可见的，读取的是副本，没有及时读取到主内存结果。
解决办法使用Volatile关键字将解决线程之间可见性, 强制线程每次读取该值的时候都去“主内存”中取值

Volatitle非原子性

package com.evan.springboot.concurrentDemo;/*** @author evanYang* @version 1.0* @date 2020/05/03 11:35*/
public class ThreadNoAtomic extends Thread {private static volatile int count;private  static void addCount(){for (int i = 0; i < 1000; i++) {count++;}System.out.println(count);}@Overridepublic void run() {addCount();}public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 10; i++) {new ThreadNoAtomic().start();}}
}

使用AtomicInteger原子类

package com.evan.springboot.concurrentDemo;import sun.java2d.pipe.SpanIterator;import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;/*** @author evanYang* @version 1.0* @date 2020/05/03 11:40*/
public class ThreadAtomicInteger extends Thread {private static AtomicInteger atomicInteger=new AtomicInteger(0);@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 100; i++) {atomicInteger.incrementAndGet();}System.out.println(atomicInteger.get());}public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 10; i++) {new ThreadAtomicInteger().start();}}
}

volatile与synchronized区别
仅靠volatile不能保证线程的安全性。（原子性）
①volatile轻量级，只能修饰变量。synchronized重量级，还可修饰方法
②volatile只能保证数据的可见性，不能用来同步，因为多个线程并发访问volatile修饰的变量不会阻塞。
synchronized不仅保证可见性，而且还保证原子性，因为，只有获得了锁的线程才能进入临界区，从而保证临界区中的所有语句都全部执行。多个线程争抢synchronized锁对象时，会出现阻塞。

ThreadLocal

什么是ThreadLocal
ThreadLocal提高一个线程的局部变量，访问某个线程拥有自己局部变量。
当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。
ThreadLocal的接口方法
ThreadLocal类接口很简单，只有4个方法，我们先来了解一下：
void set(Object value)设置当前线程的线程局部变量的值。
public Object get()该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。
public void remove()将当前线程局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用，该方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是，当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作，但它可以加快内存回收的速度。
protected Object initialValue()返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。

package com.evan.springboot.concurrentDemo.ThreadLocalDemo;/*** @author evanYang* @version 1.0* @date 2020/05/03 11:50*/
public class Res {public static Integer count=0;public static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<Integer>() {protected Integer initialValue() {return 0;};};public Integer getNum(){threadLocal.set(threadLocal.get()+1);return  threadLocal.get();}
}

package com.evan.springboot.concurrentDemo.ThreadLocalDemo;/*** @author evanYang* @version 1.0* @date 2020/05/03 12:03*/
public class ThreadLocalDemo extends Thread {private Res res;public ThreadLocalDemo(Res res){this.res=res;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 3; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + "i---" + i + "--num:" + res.getNum());}}public static void main(String[] args) {Res res = new Res();ThreadLocalDemo threadLocaDemo1 = new ThreadLocalDemo(res);ThreadLocalDemo threadLocaDemo2 = new ThreadLocalDemo(res);ThreadLocalDemo threadLocaDemo3 = new ThreadLocalDemo(res);threadLocaDemo1.start();threadLocaDemo2.start();threadLocaDemo3.start();}
}

ThreadLoca实现原理
ThreadLoca通过map集合
Map.put(“当前线程”,值)；