java中執行緒安全，執行緒死鎖，執行緒通訊快速入門
- 2019 年 10 月 3 日
- 筆記
一：多執行緒安全問題
###1 引入
/* * 多執行緒並發訪問同一個數據資源 * 3個執行緒,對一個票資源,出售 */ public class ThreadDemo { public static void main(String[] args) { //創建Runnable介面實現類對象 Tickets t = new Tickets(); //創建3個Thread類對象,傳遞Runnable介面實現類 Thread t0 = new Thread(t); Thread t1 = new Thread(t); Thread t2 = new Thread(t); t0.start(); t1.start(); t2.start(); } }
/* * 通過執行緒休眠,出現安全問題 */ public class Tickets implements Runnable{ //定義出售的票源 private int ticket = 100; private Object obj = new Object(); public void run(){ while(true){ //對票數判斷,大於0,可以出售,變數--操作 if( ticket > 0){ try{ Thread.sleep(50); //加了休眠讓其他執行緒有執行機會 }catch(Exception ex){} System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第 "+ticket--); } } } }
運行結果出現了這麼一種情況：
可見票數為0和-1時都進行了售賣，由此可見多執行緒操作共享數據存在安全隱患
具體的講:該處有三個執行緒t0,t1,t2同時對tickets進行操作，程式一運行，3個執行緒搶佔CPU資源，運行執行過if(tickets>0)接著執行休眠操作，在這短短50ms的夠CPU干很多事了，繼續賣票。到最後休眠時間結束，執行緒無需在進行判斷tickets是否大於0，便接著往下執行，就導致了安全問題
###2：解決辦法
###2.1java中提供了同步機制，能夠解決執行緒的安全性問題。
//同步程式碼塊， 同步程式碼塊的鎖對象可以是任意的對象 synchronized (鎖對象){ 可能產生執行緒安全問題的程式碼 } //同步方法， 同步方法中的鎖對象是 this public synchronized void method() 可能產生執行緒安全問題的程式碼 } //靜態同步方法，靜態同步方法中的鎖對象是 類名.class public synchronized void method() 可能產生執行緒安全問題的程式碼 }
###2.2同步方法(推薦)或同步程式碼塊解決該售票例子的執行緒安全問題
public class Tickets implements Runnable { // 共一百票 int tickets = 20; Object obj = new Object(); @Override public void run() { // 模擬賣票 while (true) { method(); } } public synchronized void method() { if (tickets > 0) { // 執行緒休眠模擬安全問題 try { Thread.sleep(50); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在賣票：" + tickets--); } } }
###2.3同步程式碼塊的原理
同步操作給對象上了一把對象鎖（對象監視器），沒有鎖的執行緒不能夠繼續往下執行，只能等。
執行緒遇到同步程式碼塊後，執行緒判斷是否有同步鎖，有則獲取鎖，進入同步中去執行，執行完畢釋放鎖。沒有則不能夠進行同步程式碼塊中
由於加了同步後，執行緒進同步判斷鎖，獲取鎖，執行完畢釋放鎖，導致程式的運行速度下降。
舉個上廁所的例子：假設有一片區域只有一個廁所且只有一個坑位(共享數據)，有三人A,B,C(三執行緒)需要上廁所，A拿著鑰匙先進去上小廁，需要開門，這個門就相當於對象鎖，你進來就得先開門並關上，小廁上了一分鐘(Thread.sleep)，上完出來給鑰匙給B(釋放鎖),B在拿著鑰匙去開門上大廁，時間十分鐘。。這時候C就只能在門外乾急著了等B上完了
##3：Lock鎖對synchronized的改進
使用同步方法有個缺點：當在sleep休眠時若發生了異常，則該執行緒是出不了同步的，鎖對象釋放不了。
因此,SUN公司在jdk5後提供了個Lock介面，Lock介面中的常用方法
void lock()
void unlock()
public class Tickets implements Runnable { // 共一百票 int tickets = 20; private Lock lock = new ReentrantLock(); @Override public void run() { // 模擬賣票 while (true) { //調用lock方法加鎖 lock.lock(); if (tickets > 0) { // 執行緒休眠模擬安全問題 try { Thread.sleep(50); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第"+tickets--); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } } } }
二：執行緒的死鎖
同步鎖使用的弊端：當執行緒任務中出現了多個同步(多個鎖)時，如果同步中嵌套了其他的同步。這時容易引發一種現象：程式出現無限等待，這種現象我們稱為死鎖。這種情況能避免就避免掉
synchronzied(A鎖){ synchronized(B鎖){ } }
死鎖的一個形象比喻：兩個人打架互相揪著對方頭髮不放，A說你先放，B說你先放，兩人都不肯先放，就造成了死鎖.
下面為產生死鎖的一個例子
public class lockA { //保證對象的唯一性 private lockA(){ } public final static lockA locka = new lockA(); } public class LockB { //保證對象的唯一性 private LockB() { } public static final LockB lockb = new LockB(); } public class DeadLock implements Runnable { private int i = 0; @Override public void run() { while (true) { if (i % 2 == 0) { // 先進入A同步，在進入B同步 synchronized (lockA.locka) { System.out.println("if---locka"); synchronized(LockB.lockb){ System.out.println("if---lockb"); } } } else { //先進入B同步在進入A同步 synchronized (LockB.lockb) { System.out.println("else---lockb"); synchronized(lockA.locka){ System.out.println("else---locka"); } } } i++; } } } public class DeadLockDemo { public static void main(String[] args) { DeadLock deadLock = new DeadLock(); Thread t0 = new Thread(deadLock); Thread t1 = new Thread(deadLock); t0.start();t1.start(); } }
三：執行緒通訊
執行緒之間的通訊：多個執行緒在處理同一個資源，但是處理的動作（執行緒的任務）卻不相同。通過一定的手段使各個執行緒能有效的利用資源。而這種手段即—— 等待喚醒機制
打個比喻：就好像平時收快遞一樣，快遞先由賣家包裝，聯繫收件人員收發貨，快遞一路經過各個地點中轉在到達你的手裡。把這一系列過程看作一個個執行緒，所有執行緒共同合作處理你這個包裹，從而達到有效利用資源。
等待喚醒機制所涉及到的方法：
wait（） :等待，將正在執行的執行緒釋放其執行資格 和 執行權，並存儲到執行緒池中。 notify（）：喚醒，喚醒執行緒池中被wait（）的執行緒，一次喚醒一個，而且是任意的。 notifyAll（）： 喚醒全部：可以將執行緒池中的所有wait() 執行緒都喚醒。
其實，所謂喚醒的意思就是讓 執行緒池中的執行緒具備執行資格。必須注意的是，這些方法都是在 同步中才有效。同時這些方法在使用時必須標明所屬鎖，這樣才可以明確出這些方法操作的到底是哪個鎖上的執行緒。
仔細查看JavaAPI之後，發現這些方法 並不定義在 Thread中，也沒定義在Runnable介面中，卻被定義在了Object類中，為什麼這些操作執行緒的方法定義在Object類中？
因為這些方法在使用時，必須要標明所屬的鎖，而鎖又可以是任意對象。能被任意對象調用的方法一定定義在Object類中。
Java實現程式碼如下：
A 執行緒等待與喚醒案例的實現 /* * 定義資源類,有2個成員變數 * name,sex * 同時有2個執行緒,對資源中的變數操作 * 1個對name,age賦值 * 2個對name,age做變數的輸出列印 */ public class Resource { public String name; public String sex; public boolean flag = false; } /* * 輸入的執行緒,對資源對象Resource中成員變數賦值 * 一次賦值 張三,男 * 下一次賦值 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){ //標記是true,等待 if(r.flag){ try{r.wait();}catch(Exception ex){} } if(i%2==0){ r.name = "張三"; r.sex = "男"; }else{ r.name = "lisi"; r.sex = "nv"; } //將對方執行緒喚醒,標記改為true r.flag = true; r.notify(); } i++; } } } /* * 輸出執行緒,對資源對象Resource中成員變數,輸出值 */ public class Output implements Runnable { private Resource r ; public Output(Resource r){ this.r = r; } public void run() { while(true){ synchronized(r){ //判斷標記,是false,等待 if(!r.flag){ try{r.wait();}catch(Exception ex){} } System.out.println(r.name+".."+r.sex); //標記改成false,喚醒對方執行緒 r.flag = false; r.notify(); } } } } /* * 開啟輸入執行緒和輸出執行緒,實現賦值和列印值 */ 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(); } }
輸出結果如下：（完成了協同工作，賦值完後輸出，輸出完後賦值的目的）
