并发编程之多线程线程安全(上)
1、为什么有线程安全问题?
当多个线程共享同一个全局变量或静态变量,做写的操作时,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。
案例:现在有100张火车票,有两个窗口同时抢火车票,请使用多线程模拟抢票效果。
代码:
public class NewThread1 implements Runnable{
private int trainCount = 100;
@Override public void run() {
while (trainCount>0){ try { Thread.sleep(100); }catch (Exception e){ } save(); }
}
private void save() { if (trainCount > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - trainCount + 1) + "张票"); trainCount--; } }
public static void main(String[] args){ NewThread1 newThread1 = new NewThread1(); Thread thread1 = new Thread(newThread1,"①"); Thread thread2 = new Thread(newThread1,"②"); thread1.start(); thread2.start(); }}
打印结果:
......②,出售第97张票①,出售第97张票①,出售第99张票②,出售第99张票
一号窗口和二号窗口同时出售火车第九九张,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。
2、线程安全解决方法
2.1、如何解决多线程之间线程安全问题
两种主流方式:
- 内置锁:使用多线程之间同步 synchronized 关键字
- 显示锁:lock锁
内置锁:
内置锁使用 synchronized 关键字实现,synchronized 关键字有两种用法:
修饰需要进行同步的方法(所有访问状态变量的方法都必须进行同步),此时充当锁的对象为调用同步方法的对象
同步代码块和直接使用 synchronized 修饰需要同步的方法是一样的,但是锁的粒度可以更细,并且充当锁的对象不一定是 this ,也可以是其它对象,所以使用起来更加灵活。
简而言之,synchronize 分为同步方法、同步代码块。
其中同步方法又分为:非静态同步方法、静态同步方法
同步方法 [非静态同步方法] :
private synchronized void save() { if (trainCount > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - trainCount + 1) + "张票"); trainCount--; }}
同步代码块:
就是将可能会发生线程安全问题的代码,给包括起来。synchronized(同一个数据){ 可能会发生线程冲突问题}就是同步代码块 synchronized(对象)这个对象可以为任意对象 { 需要被同步的代码 }
对象如同锁,持有锁的线程可以在同步中执行;
没持有锁的线程即使获取CPU的执行权,也进不去 ;
同步的前提:
- 必须要有两个或者两个以上的线程
- 必须是多个线程使用同一个锁
- 必须保证同步中只能有一个线程在运行
同步的优缺点:
- 好处:解决了多线程的安全问题。
- 弊端:多线程需要判断锁,较为消耗资源、抢锁的资源。
代码:
private void save() { synchronized (this){ if (trainCount > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - trainCount + 1) + "张票"); trainCount--; } }}
关于 Lock 锁下次再写。
2.2、为什么使用线程同步或使用锁能解决线程安全问题呢?
为了避免线程不安全问题,每次只让当前一个线程进行执行,代码执行完成后执行释放锁操作,然后才让其他线程进行执行,这样就解决了线程安全问题。
2.3、什么是多线程同步
当多个线程共享同一个资源,不会受到其他线程的干扰。
2.4、什么是同步方法?
在方法上修饰 sybchronized 称为同步方法。
代码示例:
private synchronized void save() { if (trainCount > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - trainCount + 1) + "张票"); trainCount--; }}
2.5、什么是静态同步函数?
方法加上 static 关键字,使用 synchronize 关键字修饰 或者使用 类.class 文件。
静态的同步函数使用的锁是该函数所属字节码文件对象。
可以使用 getClass 方法获取,也可以用当前 类名.class 表示。
代码示例:
private static void save() { synchronized (NewThread1.class){ if (trainCount > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - trainCount + 1) + "张票"); trainCount--; } }}
总结:
synchronize 修饰方法使用锁是当前 this 锁。
synchronize 修饰静态方法使用锁是当前类的字节码文件。
3、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 4 个方法:
- 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,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。
案例:
创建三个线程,每个线程生成自己独立序列号。
class Res{
private ThreadLocal<Integer> mThreadLocal = new ThreadLocal<Integer>(){ @Override protected Integer initialValue() { return 0; }; };
protected Integer getNumber() { int count = mThreadLocal.get() + 1; mThreadLocal.set(count); return count; };
}
public class ThreadDemo1 extends Thread{
private Res res;
public ThreadDemo1(Res res){ this.res = res; }
@Override public void run() { for (int i = 0; i < 3; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+","+res.getNumber()); } }
public static void main(String[] args){ Res res = new Res(); ThreadDemo1 threadDemo1 = new ThreadDemo1(res); ThreadDemo1 threadDemo2 = new ThreadDemo1(res); ThreadDemo1 threadDemo3 = new ThreadDemo1(res); threadDemo1.start(); threadDemo2.start(); threadDemo3.start(); }}
4、本章总结
线程安全的两种主流方式:
- 内置锁:synchronized
- 显示锁:lock锁
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。
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