java的多线程:线程安全问题

什么是线程安全?

为什么有线程安全问题?

当多个线程同时共享,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。

抢火车的例子:

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。

java的多线程:线程安全问题

二、线程安全解决办法:

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。

问:什么是多线程同步

答:当多个线程共享同一个资源,不会受到其他线程的干扰。

java的多线程:线程安全问题

三、同步的方式

1.synchronized加在方法上,同步方法
2.
synchronized包住代码块,同步码块

(1)在方法上加
synchronized
package com.bigdata.thread;

/**
* @created by imp ON 2019/8/28
* 使用抢火车票的例子实现 多线程安全问题
*/
public class TicketDemo implements Runnable{
int tickets = 100; public void run() {
while (tickets>0){
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace(); }
sale();
} } public synchronized void sale() {
if (tickets > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (101 - tickets) + " 票");
tickets--;
}
} } class Main{
public static void main(String[] args) {
System.out.println(1);
TicketDemo ticketDemo= new TicketDemo();
Thread t1=new Thread(ticketDemo,"窗口1");
Thread t2=new Thread(ticketDemo,"窗口2");
t1.start();
t2.start();
}
}

窗口2,出售 第88  票
窗口2,出售 第89 票
窗口1,出售 第90 票
窗口2,出售 第91 票
窗口1,出售 第92 票
窗口2,出售 第93 票
窗口1,出售 第94 票
窗口1,出售 第95 票
窗口2,出售 第96 票
窗口1,出售 第97 票
窗口2,出售 第98 票
窗口2,出售 第99 票
窗口1,出售 第100 票

(2)使用代码块加synchronized


package com.bigdata.thread;

/**
* @created by imp ON 2019/8/28
* 使用抢火车票的例子实现 多线程安全问题
*/
public class TicketDemo implements Runnable{
private int tickets = 100;
private Object obj=new Object(); public void run() {
while (tickets>0){
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace(); }
sale();
} } public void sale() {
synchronized (obj){
if (tickets > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (101 - tickets) + " 票");
tickets--;
}
} } } class Main{
public static void main(String[] args) {
System.out.println(1);
TicketDemo ticketDemo= new TicketDemo();
Thread t1=new Thread(ticketDemo,"窗口1");
Thread t2=new Thread(ticketDemo,"窗口2");
t1.start();
t2.start();
}
}

3.如果是两个线程对象如何实现同步

因为new了两个对象,如果tickets(火车票数)、obj(代码块的锁对象) 是静态的,他们在方法区,可以实现共享,同步

如果不是静态的,就是两个对象的属性,锁与票数都不是同一个,无法实现同步

答:什么是静态同步函数?

方法上加上static关键字,使用synchronized 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

可以用 getClass方法获取,也可以用当前  类名.class 表示。

package com.bigdata.thread;

/**
* @created by imp ON 2019/8/28
* 使用抢火车票的例子实现 多线程安全问题
*/
public class TicketDemo implements Runnable{
private static int tickets = 100;
private static Object obj=new Object(); public void run() {
while (tickets>0){
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace(); }
sale();
} } public void sale() {
synchronized (obj){
if (tickets > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (101 - tickets) + " 票");
tickets--;
}
} } } class Main{
public static void main(String[] args) {
System.out.println(1);
TicketDemo ticketDemo1= new TicketDemo();
TicketDemo ticketDemo2= new TicketDemo();
Thread t1=new Thread(ticketDemo1,"窗口1");
Thread t2=new Thread(ticketDemo2,"窗口2");
t1.start();
t2.start();
}
}

4.静态同步方法:static synchronized void sale()相当于,synchronized(当前类.class),字节码加锁,

    public  void sale() {
synchronized (TicketDemo.class){
if (tickets > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (101 - tickets) + " 票");
tickets--;
}
} }
    public static synchronized void sale() {
if (tickets > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (101 - tickets) + " 票");
tickets--;
} }

java的多线程:线程安全问题

总结:

Synchronized(this)
锁住该代码块的对象,等访问该对象的线程执行完,其他线程才可以执行。
Synchronized(xxx.class)
 锁住该类,所有访问该类的线程,一次只有一个可以执行。
其他
A. 无论synchronized关键字加在方法上还是对象上,如果它作用的对象是非静态的,则它取得的锁是对象;如果synchronized作用的对象是一个静态方法或一个类,则它取得的锁是对类,该类所有的对象同一把锁。
B. 每个对象只有一个锁(lock)与之相关联,谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。
C. 实现同步是要很大的系统开销作为代价的,甚至可能造成死锁,所以尽量避免无谓的同步控制

四、多线程的死锁问题

 什么是多线程死锁?


答:同步中嵌套同步,导致锁无法释放

五、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。

我的理解是相当于广播变量一样,将这个公共变量广播给每个线程,每个线程单独去操作这个变量
java的多线程:线程安全问题
六、多綫程的特性

多线程有三大特性

原子性、可见性有序

什么是原子性

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,

什么可见性

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。

什么是有序性

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。

 
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