线程同步安全问题及其解决

线程同步

卖票案例

• 案例需求

  某电影院目前正在上映国产大片，共有100张票，而它有3个窗口卖票，请设计一个程序模拟该电影院卖票

• 实现步骤

  • 定义一个类SellTicket实现Runnable接口，里面定义一个成员变量：private int tickets = 100;
  • 在SellTicket类中重写run()方法实现卖票，代码步骤如下
  • 判断票数大于0，就卖票，并告知是哪个窗口卖的
  • 卖了票之后，总票数要减1
  • 票卖没了，线程停止
  • 定义一个测试类SellTicketDemo，里面有main方法，代码步骤如下
  • 创建SellTicket类的对象
  • 创建三个Thread类的对象，把SellTicket对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称
  • 启动线程

• 代码实现

  public class Ticket implements Runnable {
      //票的数量
      private int ticket = 100;
  
      @Override
      public void run() {
          while(true){
              
                  if(ticket <= 0){
                      //卖完了
                      break;
                  }else{
                      try {
                          Thread.sleep(100);
                      } catch (InterruptedException e) {
                          e.printStackTrace();
                      }
                      ticket--;
                      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticket + "张票");
                  }
              }
          
    }
  }
  
  public class Demo {
      public static void main(String[] args) {
          Ticket ticket = new Ticket();
  
          Thread t1 = new Thread(ticket);
          Thread t2 = new Thread(ticket);
          Thread t3 = new Thread(ticket);
  
          t1.setName("窗口一");
          t2.setName("窗口二");
          t3.setName("窗口三");
  
          t1.start();
          t2.start();
          t3.start();
      }
  }
  

  运行结果出现了重复票，负号票问题：
  

线程安全问题-原因分析

1.卖票出现了问题

• 相同的票出现了多次

• 出现了负数的票

2.问题产生原因

线程执行的随机性导致的,可能在卖票过程中丢失cpu的执行权,导致出现问题

同步代码块解决数据安全问题

1.安全问题出现的条件

• 是多线程环境
• 有共享数据（哪些数据会被共享，哪些数据不会被共享？）

**会被共享的数据:**在Java中，所有实例域(对象的字段)、静态域(静态字段)和数组元素都存储在堆内存中，堆内存在线程之间共享

**哪些数据不会被共享:**局部变量（Local Variables），方法定义参数（局部变量（Local Variables）和异常处理器参数（ExceptionHandler Parameters）不会在线程之间共享）

• 有多条语句操作共享数据

2.卖票问题出现的原因(回顾)?如何解决呢?

线程的随机执行。如何解决呢？控制不同线程间操作发生相对顺序的机制线程同步

3.如何实现线程同步呢？

• 把多条语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可
• Java提供了同步代码块的方式来解决

同步代码块格式：

synchronized(任意对象) { 
	多条语句操作共享数据的代码 
}

synchronized(任意对象)：就相当于给代码加锁了，任意对象就可以看成是一把锁

4.synchronized同步代码块的特点？

默认情况下是打开的，只要有一个线程进去执行代码了，锁就会关闭

当线程执行完出来时，锁才会自动打开

代码演示

public class Ticket implements Runnable {
    //票的数量
    private int ticket = 100;
    private Object obj = new Object();
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized (obj){//多个线程必须使用同一把锁.
                if(ticket <= 0){
                    //卖完了
                    break;
                }else{
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    ticket--;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticket + "张票");
                }
            }
        }
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket ticket = new Ticket();
        Thread t1 = new Thread(ticket);
        Thread t2 = new Thread(ticket);
        Thread t3 = new Thread(ticket);

        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t3.setName("窗口三");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

5.同步的好处和弊端

• 好处：解决了多线程的数据安全问题
• 弊端：当线程很多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的，无形中会降低程序的运行效率

同步方法解决数据安全问题

1.同步方法的格式

同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上

修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) { 
	方法体；
}

2.同步方法的锁对象是什么呢?

	this

3.静态同步方法的格式

同步静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上

修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) { 
	方法体；
}

4.同步静态方法的锁对象是什么呢?

	类名.class

代码演示

public class MyRunnable implements Runnable {
    private static int ticketCount = 100;
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            if("窗口一".equals(Thread.currentThread().getName())){
                //同步方法，锁对象为类名.class
                boolean result = synchronizedMthod();
                if(result){
                    break;
                }
            }

            if("窗口二".equals(Thread.currentThread().getName())){
                //同步代码块，这里设置为类名.class就是为了验证同步方法的锁对象为类名.class
                synchronized (MyRunnable.class){
                    if(ticketCount == 0){
                       break;
                    }else{
                        try {
                            Thread.sleep(10);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        ticketCount--;
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticketCount + "张票");
                    }
                }
            }

        }
    }

    private static synchronized boolean synchronizedMthod() {
        if(ticketCount == 0){
            return true;
        }else{
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            ticketCount--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticketCount + "张票");
            return false;
        }
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable mr = new MyRunnable();
        Thread t1 = new Thread(mr);
        Thread t2 = new Thread(mr);
        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

Lock锁

1.如何手动开关锁呢？

使用lock

2.如何使用Lock？

Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化

ReentrantLock构造方法

方法名	说明
ReentrantLock()	创建一个ReentrantLock的实例

加锁解锁方法

方法名	说明
void lock()	获得锁
boolean tryLock()	尝试获得锁
void unlock()	释放锁

代码演示

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Ticket implements Runnable {
    //票的数量
    private int ticket = 100;
    private Object obj = new Object();
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            //synchronized (obj){//多个线程必须使用同一把锁.
            try {
                lock.lock();
                if (ticket <= 0) {
                    //卖完了
                    break;
                } else {
                    Thread.sleep(100);
                    ticket--;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticket + "张票");
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
            // }
        }
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket ticket = new Ticket();
        Thread t1 = new Thread(ticket);
        Thread t2 = new Thread(ticket);
        Thread t3 = new Thread(ticket);
        t1.setName("窗口一");
        t2.setName("窗口二");
        t3.setName("窗口三");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

3.synchronized与Lock的区别

synchronized	Lock
Java的关键字，在jvm层面上	是一个类
1、以获取锁的线程执行完同步代码，释放锁 2、线程执行发生异常，jvm会让线程释放锁	在finally中必须释放锁，不然容易造成线程死锁
假设A线程获得锁，B线程等待。如果A线程阻塞，B线程会一直等待	分情况而定，Lock有多个锁获取的方式，具体下面会说道，大致就是可以尝试获得锁，线程可以不用一直等待
锁的细粒度和灵活度低	锁的细粒度和灵活度高

4.如何选择？

除非synchronized不满足需要时，才选择Lock