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  • 之前讲了什么是线程和多线程,接下来敲黑板:线程安全。什么是线程安全?...下面我们用代码说明:(我们这里调用Runnable实现多线程,不保证线程安全的情况)Class1:实现一个Runnable接口public Clas...

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    之前讲了什么是线程和多线程,接下来敲黑板:线程安全

    什么是线程安全?线程安全就是确保程序在多线程运行的情况下,程序能够按照预期运行,不会存在二义性的结果。比如上一篇我们提到的火车票的售票问题,预期的情况下,我们需要确保同一张票只能被唯一的窗口售出一次。下面我们用代码说明:(我们这里调用Runnable实现多线程,不保证线程安全的情况)

    Class1:实现一个Runnable接口

    public 

    Class2:例化Thread

    public 

    运行结果:

    窗口1 售出 20号 票。

    窗口2 售出 20号 票。

    窗口1 售出 18号 票。

    窗口2 售出 18号 票。

    窗口2 售出 16号 票。

    窗口1 售出 16号 票。

    窗口2 售出 14号 票。

    窗口1 售出 13号 票。

    窗口2 售出 12号 票。

    窗口1 售出 11号 票。

    窗口2 售出 10号 票。

    窗口1 售出 9号 票。

    窗口2 售出 8号 票。

    窗口1 售出 7号 票。

    窗口2 售出 6号 票。

    窗口1 售出 5号 票。

    窗口2 售出 4号 票。

    窗口1 售出 3号 票。

    窗口2 售出 2号 票。

    窗口1 售出 1号 票。

    从上面结果来看,其中20号票被窗口1和窗口2同时出售两次,而19号票则没有卖出,这显然是售票系统出现了问题。(ps:每次运行的情况可能不会相同,可以试着多运行几次,对比结果)

    下面我们看一下保证线程安全的两种方法:

    第一种:synchronized关键字,将操作共享数据的语句加入synchronized关键字,在某一时段只会让一个线程执行完,在执行过程中,其他线程不能进来执行。如下代码,只需将class1增加如下标记部分:

    public 

    运行结果:

    窗口1 售出 20号 票。

    窗口1 售出 19号 票。

    窗口1 售出 18号 票。

    窗口2 售出 17号 票。

    窗口2 售出 16号 票。

    窗口2 售出 15号 票。

    窗口2 售出 14号 票。

    窗口2 售出 13号 票。

    窗口1 售出 12号 票。

    窗口1 售出 11号 票。

    窗口1 售出 10号 票。

    窗口2 售出 9号 票。

    窗口1 售出 8号 票。

    窗口2 售出 7号 票。

    窗口2 售出 6号 票。

    窗口1 售出 5号 票。

    窗口2 售出 4号 票。

    窗口2 售出 3号 票。

    窗口1 售出 2号 票。

    窗口2 售出 1号 票。

    从上面结果看,这样子就能达到预期所需要的售票效果,并且运行多次,结果也都是预期内的。

    第二种:使用Lock锁,Lock使用起来比较灵活,但需要手动释放和开启。在并发量比较高的情况下,synchronized会让性能下降,此时使用Lock是个不错的方案。如下代码,只需将class1增加如下标记部分:

    public 

    运行结果:

    窗口1 售出 20号 票。

    窗口1 售出 19号 票。

    窗口1 售出 18号 票。

    窗口1 售出 17号 票。

    窗口1 售出 16号 票。

    窗口1 售出 15号 票。

    窗口1 售出 14号 票。

    窗口1 售出 13号 票。

    窗口1 售出 12号 票。

    窗口1 售出 11号 票。

    窗口1 售出 10号 票。

    窗口1 售出 9号 票。

    窗口2 售出 8号 票。

    窗口1 售出 7号 票。

    窗口2 售出 6号 票。

    窗口1 售出 5号 票。

    窗口1 售出 4号 票。

    窗口2 售出 3号 票。

    窗口2 售出 2号 票。

    窗口1 售出 1号 票。

    运行结果和使用synchronized一致,不会出现一票多卖等情况。另外需要补充的是Lock需要手动去获取和释放锁,所以必须放在try--catch语句块中,将lock.unlock()放在finally{}中,确保之后的线程也能获取。Lock还有trylock也可以用来获取锁,并且有返回值,若果获取成功,会返回true,若获取失败,(锁被其他线程占用)则返回false,但是若获取失败不会像lock()方法一样一直等。但是有一个带参的trylock(long time,TimeUnit unit),意思是:获取不到锁,就等待所给定的时间,如果还是获取不带,就返回false。TimeUnit表示给定单元粒度的时间段。当然Lock还有其他的方法,有兴趣的可以继续了解一下。


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  • 之前讲了什么是线程和多线程,接下来敲黑板:线程安全。什么是线程安全?...下面我们用代码说明:(我们这里调用Runnable实现多线程,不保证线程安全的情况)Class1:实现一个Runnable接口public clas...

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    之前讲了什么是线程和多线程,接下来敲黑板:线程安全

    什么是线程安全?线程安全就是确保程序在多线程运行的情况下,程序能够按照预期运行,不会存在二义性的结果。比如上一篇我们提到的火车票的售票问题,预期的情况下,我们需要确保同一张票只能被唯一的窗口售出一次。下面我们用代码说明:(我们这里调用Runnable实现多线程,不保证线程安全的情况)

    Class1:实现一个Runnable接口

    public class TrainTickets implements Runnable{
    
    	int  ticketnum = 20;
    	public void run(){
    	boolean a = true;	
    		while (a) {
    			if (ticketnum > 0) {
    				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 售出  " + ticketnum + "号 票。");
    				ticketnum--;
    			} else if (ticketnum <= 0) {
    				a = false;
    			}
    			try {
    				Thread.sleep(100);
    			} catch (Exception e) {
    				e.printStackTrace();
    			}
    		}
    	}
    }

    Class2:例化Thread

    public class Money {
    	public static void main(String[] args) {
    		TrainTickets t = new TrainTickets();
    
    		Thread t1 = new Thread(t,"窗口1");
    		Thread t2 = new Thread(t,"窗口2");
    
    		t1.start();
    		t2.start();
    	}
    }

    运行结果:

    窗口1 售出 20号 票。

    窗口2 售出 20号 票。

    窗口1 售出 18号 票。

    窗口2 售出 18号 票。

    窗口2 售出 16号 票。

    窗口1 售出 16号 票。

    窗口2 售出 14号 票。

    窗口1 售出 13号 票。

    窗口2 售出 12号 票。

    窗口1 售出 11号 票。

    窗口2 售出 10号 票。

    窗口1 售出 9号 票。

    窗口2 售出 8号 票。

    窗口1 售出 7号 票。

    窗口2 售出 6号 票。

    窗口1 售出 5号 票。

    窗口2 售出 4号 票。

    窗口1 售出 3号 票。

    窗口2 售出 2号 票。

    窗口1 售出 1号 票。

    从上面结果来看,其中20号票被窗口1和窗口2同时出售两次,而19号票则没有卖出,这显然是售票系统出现了问题。(ps:每次运行的情况可能不会相同,可以试着多运行几次,对比结果)

    下面我们看一下保证线程安全的两种方法:

    第一种:synchronized关键字,将操作共享数据的语句加入synchronized关键字,在某一时段只会让一个线程执行完,在执行过程中,其他线程不能进来执行。如下代码,只需将class1增加如下标记部分:

    public class TrainTickets implements Runnable{
    
    	int  ticketnum = 20;
    	public void run(){
    	boolean a = true;	
    		while (a) {
    			synchronized (this) {  //新增
    				if (ticketnum > 0) {
    					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 售出  " + ticketnum + "号 票。");
    					ticketnum--;
    				} else if (ticketnum <= 0) {
    					a = false;
    				}
    				try {
    					Thread.sleep(100);
    				} catch (Exception e) {
    					e.printStackTrace();
    				}
    			}  //新增
    		}
    	}
    }

    运行结果:

    窗口1 售出 20号 票。

    窗口1 售出 19号 票。

    窗口1 售出 18号 票。

    窗口2 售出 17号 票。

    窗口2 售出 16号 票。

    窗口2 售出 15号 票。

    窗口2 售出 14号 票。

    窗口2 售出 13号 票。

    窗口1 售出 12号 票。

    窗口1 售出 11号 票。

    窗口1 售出 10号 票。

    窗口2 售出 9号 票。

    窗口1 售出 8号 票。

    窗口2 售出 7号 票。

    窗口2 售出 6号 票。

    窗口1 售出 5号 票。

    窗口2 售出 4号 票。

    窗口2 售出 3号 票。

    窗口1 售出 2号 票。

    窗口2 售出 1号 票。

    从上面结果看,这样子就能达到预期所需要的售票效果,并且运行多次,结果也都是预期内的。

    第二种:使用Lock锁,Lock使用起来比较灵活,但需要手动释放和开启。在并发量比较高的情况下,synchronized会让性能下降,此时使用Lock是个不错的方案。如下代码,只需将class1增加如下标记部分:

    public class TrainTickets implements Runnable{
    
    	int  ticketnum = 20;
    	Lock lock = new ReentrantLock(); 
    	public void run(){
    	boolean a = true;	
    		while (a) {
    			try {
    				lock.lock();// 获取锁对象
    				if (ticketnum > 0) {
    					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 售出  " + ticketnum + "号 票。");
    					ticketnum--;
    				} else if (ticketnum <= 0) {
    					a = false;
    				}
    					Thread.sleep(100);
    				} catch (Exception e) {
    					e.printStackTrace();
    				}finally{
    					lock.unlock();// 释放锁对象
    				}
    
    		}
    
    	}
    
    }

    运行结果:

    窗口1 售出 20号 票。

    窗口1 售出 19号 票。

    窗口1 售出 18号 票。

    窗口1 售出 17号 票。

    窗口1 售出 16号 票。

    窗口1 售出 15号 票。

    窗口1 售出 14号 票。

    窗口1 售出 13号 票。

    窗口1 售出 12号 票。

    窗口1 售出 11号 票。

    窗口1 售出 10号 票。

    窗口1 售出 9号 票。

    窗口2 售出 8号 票。

    窗口1 售出 7号 票。

    窗口2 售出 6号 票。

    窗口1 售出 5号 票。

    窗口1 售出 4号 票。

    窗口2 售出 3号 票。

    窗口2 售出 2号 票。

    窗口1 售出 1号 票。

    运行结果和使用synchronized一致,不会出现一票多卖等情况。另外需要补充的是Lock需要手动去获取和释放锁,所以必须放在try--catch语句块中,将lock.unlock()放在finally{}中,确保之后的线程也能获取。Lock还有trylock也可以用来获取锁,并且有返回值,若果获取成功,会返回true,若获取失败,(锁被其他线程占用)则返回false,但是若获取失败不会像lock()方法一样一直等。但是有一个带参的trylock(long time,TimeUnit unit),意思是:获取不到锁,就等待所给定的时间,如果还是获取不带,就返回false。TimeUnit表示给定单元粒度的时间段。当然Lock还有其他的方法,有兴趣的可以继续了解一下。


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  • 1.Java中提供一种最简单的加锁机制(同步机制) 同步:两个线程之间不再是孤独的了,需要互相考虑...(1)、作为方法的修饰符,可以写在定义的方法之前 synchronized void 普通方法(){ } 同步方法 synchronized s...

    在这里插入图片描述
    1.Java中提供一种最简单的加锁机制(同步机制)
    同步:两个线程之间不再是孤独的了,需要互相考虑对方的情况。
    synchronized(同步)
    1、作用:就是一把锁,实现两个线程之间互斥
    2、语法用法:
    (1)、作为方法的修饰符,可以写在定义的方法之前
    synchronized void 普通方法(){
    } 同步方法
    synchronized static void 静态方法(){
    } 同步静态方法

    (2)、作为代码块出现
    void 其他方法(){
    Object 一个引用=new Object();
    synchronized (一个引用){
    }
    } 同步代码块
    引用(引用类型的变量):查找对象的线索 引用保存在Java内存区域的哪块位置呢?回答是,不一定
    解引用:用线索找对象,进而使用对象
    如:node.next 根据node这个引用,找到它指向的对象,然后把对象中保存的next属性的值取到 |把next属性的值修改为另一个值。
    在这里插入图片描述
    抢锁失败之后,线程状态是如何变化 Runnable——Blocked
    Blocked状态是专为synchronized抢锁失败而用,其他情况不会进入这个状态
    在这里插入图片描述
    互斥还是不互斥:
    1、它们是不是在争夺锁。
    2、它们是不是争夺是同一把锁
    在这里插入图片描述

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  • 线程的优点、线程的创建、Thread类的常用方法、interrupt()、join()、线程的状态、出现线程不安全的原因、如何保证线程安全、synchronized、volatile、等待唤醒机制

    多线程

    线程的模型

    进程是系统分配资源的最小单位,线程是系统调度的最小单位

    多线程:一个进程中不只一个线程

    线程的优点

    1.更好的利用CPU资源,多线程可在主线程执行任务同时执行其任务,不需要等待

    2.同一进程的各线程之间可以共享该进程的所有资源

    3.创建线程代价比较小,而系统创建进程要为该进程分配资源

    4.与进程之间切换相比,线程之间的切换需要OS做的工作要少得多

    5.线程占有的资源比较少

    6.计算密集型应用,可将计算分解到多个线程实现

    7.I/O密集型应用,可将I/O操作重叠,线程可以同时等待不同的I/O操作

    线程的操作

    线程的创建

    • 继承Thread类

           private static class MyThread extends Thread {
               @Override
               public void run() {
                   for (int i = 0; i < 10; i++) {
                       System.out.println(i);
                   }
               }
           }
           
      	Thread a = new MyThread();
      	a.start();
      
          Thread c = new Thread(new MyThread());
          c.start();
      
    • 实现Runnable接口

           private static class MyRunnable implements Runnable {
               @Override
               public void run() {
                   for (int i = 0; i < 10; i++) {
                       System.out.println(i);
                   }
               }
           }
           
            Thread b = new Thread(new MyRunnable());
            b.start();
      
    • 其他变形

          public static void UseAnonymous() {
               //使用匿名类创建子类对象
              // == 直接创建线程对象
              Thread a = new Thread() {
                  @Override
                  public void run() {
                      //线程要执行的内容
                  }
              };
      
              //使用匿名类创建 Runnable 子类对象
              // == 先创建目标对象,再创建线程对象
              Thread b = new Thread(new Runnable() {
                  @Override
                  public void run() {
                      //线程要执行的内容
                  }
              });
      
              //使用lambda表达式创建 Runnable 子类对象
              Thread c = new Thread(() -> {
                  //线程要执行的内容
              });
          }
      

    Thread类

    • 构造方法

    • 属性

      Thread t = Thread.currentThread();  //获取当前线程
      System.out.println(t.getId()); //线程的唯一标识
      System.out.println(t.getName()); //线程的名称
      System.out.println(t.getState()); //线程的状态
      System.out.println(t.getPriority()); //线程的优先级
      System.out.println(t.isDaemon()); //是否为后台进程
                          //JVM会在所有非后台线程结束后,结束运行
      System.out.println(t.isAlive()); //是否存活,只有 NEW/TERMINATED 返回false
      System.out.println(t.isInterrupted()); //是否被中断
      
    • 常见方法

      • run()

        • 提供线程一个指令清单
      • start()

        • 启动线程,把线程放到就绪队列,使其拥有被调度的资格
      • 通知终止:interrupt()

        • 中断线程的另一种方式:共享标记,当子线程中有sleep时,无法实时响应

        • A线程通知B线程终止 配图

          • B线程正在sleep/join/wait

            • 通知是以InterruptedException给出
            • 状态位仍为false
          • B线程清醒(没有以上行为)

            • t 通过 t.isInterrupted() / Thread.interrupted()判断
            • t.isInterrupted() 状态位不变、指t这个线程、用于第三方线程查看B状态
            • / Thread.interrupted() 执行后将状态位改为false、指本线程、用于B自己查看
      • 等待停止:join()

        • 主线程阻塞在这里,等待该线程的结束
      • sleep()

        • 休眠当前线程
      • Thread.currentThread()

      • Thread.yield()

        • 主动放弃CPU,但保留争抢CPU的资格

    线程的状态

    状态转移

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-crvnAVNK-1590112772165)(E:\sust.onedrive\OneDrive - sust.edu.cn\Java复习\tmp图片\image-20200521213333239.png)]

    线程安全

    概念

    • 多线程情况下代码运行的情况是100%符合预期的,就是线程安全的

    线程不安全

    • 出现线程不安全的原因

      • 线程被CPU调度具有不确定性
      • 线程被CPU调度下来具有不确定性
    • 条件

      • 多线程之间有共享资源

        • 哪些是共享的

          • [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-8ItZi58j-1590112772172)(E:\sust.onedrive\OneDrive - sust.edu.cn\Java复习\tmp图片\image-20200521213400328.png)]
          • 变量的类型(基本/引用)不能决定该变量是否是线程共享的
          • [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Bcn8uDqz-1590112772175)(E:\sust.onedrive\OneDrive - sust.edu.cn\Java复习\tmp图片\image-20200521214824533.png)]
      • 且对共享资源有修改操作

    • 出现线程不安全的情况

      • automic原子性被破坏

        • 什么是原子性

          • 是指在CPU在执行一个操作时不可以在中途暂停然后再调度,不能被中断操作,要不执行完成,要不就不执行
        • 为什么会出现问题

          • 一条Java语句中不一定是原子的,也不一定只是一条指令

            • i++/i–:a.读取i的值 b.修改i的值 c.把i的值写回共享区域
            • Object o = new Object():a.分配空间 b.构造方法初始化 c.赋值给变量
            • 原子操作:变量 = 常量 (long/double除外)
          • 如果不保证原子性,当线程正对着变量操作,中间其他线程进来打断操作,就会造成错误的结果

        • 如何解决问题

          • synchronized

            • 保证方法和代码块内的操作是原子性的
          • volatile

            • 保证 long/double类型变量 = 常量 是原子性的
      • visible内存的可见性没有遵守

        • 什么是内存可见性

          • 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。
        • 为什么会出现问题

          • [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-geRD4xGV-1590112772179)(E:\sust.onedrive\OneDrive - sust.edu.cn\Java复习\tmp图片\image-20200521215002796.png)]
          • 高速缓存带来的问题:执行的中间值只保存在高速缓存中,内存中没有及时变化。如果有多个CPU的话,每个CPU有自己的高速缓存,而CPU共享数据是用内存的,某CPU当前计算的结果,其他CPU是看不到的
          • [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ZqwZnnQb-1590112772181)(E:\sust.onedrive\OneDrive - sust.edu.cn\Java复习\tmp图片\image-20200521215018321.png)]
          • JMM规定了所有的变量都存储在主内存中。每条线程中还有自己的工作内存,不同工作内存间是不可见的,工作内存中保存了线程需要的变量,不同线程间变量的传递需要经过主内存才可以;
          • 1.把数据从主内存中load到工作内存中 2.修改工作内存中的数据 3.在合适的时候,把数据save回主内存
          • 普通的共享变量则无法保证可见性,因为不同线程在各自工作内存中更改变量值后,再重新写回主内存的时间是不确定的,再当其他线程读取主内存值时,也可能是原来的旧值;
        • 如何解决问题

          • 变量被修改后立即同步到工作内存中

            • 保证主内存的数据最新
          • 同时把其他线程中的工作内存的该变量存为过期。目的使其他线程使用该变量时,必须从主内存中重新加载

            • 保证其他线程使用的数据最新
      • reorder代码重排序产生副作用

        • 什么是代码重排序

          • 指令的最终执行顺序可能不是代码的书写顺序。要求,不能因为代码重排序出现问题
        • 为什么代码重排序

          • 提升代码的执行效率,程序的代码,往往不是最优解
        • 谁在代码重排序

          • 1.编译期间 编译器 2.运行期间 JVM 3.运行期间 CPU指令
        • 为什么会出现问题

          • 多线程情况下会有问题
        • 如何解决问题

          • happen-befor
          • 某些机制限制了重排序的自由度

    如何保证线程安全

    • 1.减少资源的共享。只要没有资源共享,线程就是安全的

    • 2.若必须共享,尽量不修改共享资源或者共享不可变对象。只要没有修改共享资源,线程就是安全的

    • 3.若必须对共享资源进行修改,通过某些机制保证

      • synchronized

        • 语法

          public class Synchronized {
              synchronized void 普通方法() {
                  //同步代码块
              }
          
              void 普通方法2() {
                  synchronized (this){
                      //同步代码块
                  }
              }
          
              synchronized static void 静态方法() {
                  //同步代码块
              }
          
              void 静态方法2() {
                  synchronized (Synchronized.class){
                      //同步代码块
                  }
              }
          
              void 其他方法() {
                  Object o = new Object();
                  synchronized (o) {
          
                  }
              }
          }
          
          • 每个对象都有一把锁,对象是堆上内存区域的抽象
        • 过程

          • 线程AB共同争抢一把锁

            • A抢到锁,则B抢锁失败,B必须让出CPU且没有资格抢锁,B:Runnable->Blocked,就绪队列->阻塞队列
            • Aunlock,把当时因为抢这把锁失败的线程释放,如B:Blocked->Runnable(Ready),阻塞队列->就绪队列
        • 判断是抢的哪一把锁

          • [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-3p5qx4x2-1590112772184)(E:\sust.onedrive\OneDrive - sust.edu.cn\Java复习\tmp图片\image-20200521215541174.png)]
        • 互斥

          • 都在抢锁且抢的是同一把锁
        • 从开始抢锁到抢到锁可能会很久

        • 作用

          • 原子性

            • 保证lock到unlock的这段时间不会被其他互斥线程中断
          • 适度的保证可见性

            • sync请求锁成功的时候,强制把当前的工作内存清掉,从主内存中重新读取
            • sync释放锁的时候,强制把当前锁的持有工作内存刷新到主内存中
          • 适度的影响重排序

      • volatile

        • 语法

          public class Volatile {
              volatile int a;
              static volatile int b;
          }
          
        • 作用

          • 修饰变量,保证long/double 变量 = 常数 具有原子性
          • 修饰变量,保证可见性
          • volatile Person p = new Person() 不允许重排序

    等待唤醒机制

    • 语法

      •     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
                Object o = new Object();
                o.wait();
                o.notify();
                o.notifyAll();
            }
        
      • 必须配合synchronized使用

    • wait()

      • 作用

        • 当A线程调用 o.wait()后

          • A会放弃CPU,并且失去争抢CPU的资格
          • Runable->Waiting;就绪队列->o指向对象的等待集(wait-set)
          • 等待被线程唤醒
      • 执行流程

        • 更改线程状态
        • 把调用的线程放到o的等待集上
        • 会把o这把锁释放掉
        • 当前线程放弃CPU
        • 当前线程重新拥有CPU
        • 再次请求o这把锁,继续向下执行
        • 请求成功后,wait调用结束
    • notify()/notifyAll()

      • 作用

        • 当B线程调用 o.notify()后

          • B没有什么变化
          • o指向的等待集上的任意一个线程,Waiting->Runnable; 等待集->就绪队列
        • o.notifyAll()

          • 唤醒等待集上的所有线程
      • 注意点

        • 只会唤醒当前时间片正在休眠的线程
    展开全文
  • 保证线程安全方法

    2020-07-11 20:58:29
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多线程保证线程安全的方法