Java 多线程同步 synchronized
多线程的同步问题指的是多个线程同时修改一个数据的时候，可能导致的问题
多线程的问题，又叫Concurrency 问题
步骤 1 : 演示同步问题
假设盖伦有10000滴血，并且在基地里，同时又被对方多个英雄攻击
就是有多个线程在减少盖伦的hp
同时又有多个线程在恢复盖伦的hp
假设线程的数量是一样的，并且每次改变的值都是1，那么所有线程结束后，盖伦应该还是10000滴血。
但是。。。
注意： 不是每一次运行都会看到错误的数据产生，多运行几次，或者增加运行的次数
package charactor;
public class Hero{
public String name;
public float hp;
public int damage;
//回血
public void recover(){
hp=hp+1;
}
//掉血
public void hurt(){
hp=hp-1;
}
public void attackHero(Hero h) {
h.hp-=damage;
System.out.format("%s 正在攻击 %s, %s的血变成了 %.0f%n",name,h.name,h.name,h.hp);
if(h.isDead())
System.out.println(h.name +"死了！");
}
public boolean isDead() {
return 0>=hp?true:false;
}
}
.
package multiplethread;
import charactor.Hero;
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
final Hero gareen = new Hero();
gareen.name = "盖伦";
gareen.hp = 10000;
System.out.printf("盖伦的初始血量是 %.0f%n", gareen.hp);
//多线程同步问题指的是多个线程同时修改一个数据的时候，导致的问题
//假设盖伦有10000滴血，并且在基地里，同时又被对方多个英雄攻击
//用JAVA代码来表示，就是有多个线程在减少盖伦的hp
//同时又有多个线程在恢复盖伦的hp
//n个线程增加盖伦的hp
int n = 10000;
Thread[] addThreads = new Thread[n];
Thread[] reduceThreads = new Thread[n];
for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t = new Thread(){
public void run(){
gareen.recover();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t.start();
addThreads[i] = t;
}
//n个线程减少盖伦的hp
for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t = new Thread(){
public void run(){
gareen.hurt();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t.start();
reduceThreads[i] = t;
}
//等待所有增加线程结束
for (Thread t : addThreads) {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
//等待所有减少线程结束
for (Thread t : reduceThreads) {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
//代码执行到这里，所有增加和减少线程都结束了
//增加和减少线程的数量是一样的，每次都增加，减少1.
//那么所有线程都结束后，盖伦的hp应该还是初始值
//但是事实上观察到的是：
System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量变成了 %.0f%n", n,n,gareen.hp);
}
}
步骤 2 : 分析同步问题产生的原因
- 假设增加线程先进入，得到的hp是10000
- 进行增加运算
- 正在做增加运算的时候，还没有来得及修改hp的值，减少线程来了
- 减少线程得到的hp的值也是10000
- 减少线程进行减少运算
- 增加线程运算结束，得到值10001，并把这个值赋予hp
- 减少线程也运算结束，得到值9999，并把这个值赋予hp
hp，最后的值就是9999
虽然经历了两个线程各自增减了一次，本来期望还是原值10000，但是却得到了一个9999
这个时候的值9999是一个错误的值，在业务上又叫做脏数据
步骤 3 : 解决思路
总体解决思路是： 在增加线程访问hp期间，其他线程不可以访问hp
- 增加线程获取到hp的值，并进行运算
- 在运算期间，减少线程试图来获取hp的值，但是不被允许
- 增加线程运算结束，并成功修改hp的值为10001
- 减少线程，在增加线程做完后，才能访问hp的值，即10001
- 减少线程运算，并得到新的值10000
步骤 4 : synchronized 同步对象概念
解决上述问题之前，先理解
synchronized关键字的意义
如下代码：
Object someObject =new Object();
synchronized (someObject){
//此处的代码只有占有了someObject后才可以执行
}
synchronized表示当前线程，独占 对象 someObject
当前线程独占 了对象someObject，如果有其他线程试图占有对象someObject，就会等待，直到当前线程释放对someObject的占用。
someObject 又叫同步对象，所有的对象，都可以作为同步对象
为了达到同步的效果，必须使用同一个同步对象
释放同步对象的方式： synchronized 块自然结束，或者有异常抛出
package multiplethread;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
public class TestThread {
public static String now(){
return new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date());
}
public static void main(String[] args) {
final Object someObject = new Object();
Thread t1 = new Thread(){
public void run(){
try {
System.out.println( now()+" t1 线程已经运行");
System.out.println( now()+this.getName()+ " 试图占有对象：someObject");
synchronized (someObject) {
System.out.println( now()+this.getName()+ " 占有对象：someObject");
Thread.sleep(5000);
System.out.println( now()+this.getName()+ " 释放对象：someObject");
}
System.out.println(now()+" t1 线程结束");
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t1.setName(" t1");
t1.start();
Thread t2 = new Thread(){
public void run(){
try {
System.out.println( now()+" t2 线程已经运行");
System.out.println( now()+this.getName()+ " 试图占有对象：someObject");
synchronized (someObject) {
System.out.println( now()+this.getName()+ " 占有对象：someObject");
Thread.sleep(5000);
System.out.println( now()+this.getName()+ " 释放对象：someObject");
}
System.out.println(now()+" t2 线程结束");
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t2.setName(" t2");
t2.start();
}
}
步骤 5 : 使用synchronized 解决同步问题
所有需要修改hp的地方，有要建立在占有someObject的基础上。
而对象 someObject在同一时间，只能被一个线程占有。 间接地，导致同一时间，hp只能被一个线程修改。
package multiplethread;
import java.awt.GradientPaint;
import charactor.Hero;
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
final Object someObject = new Object();
final Hero gareen = new Hero();
gareen.name = "盖伦";
gareen.hp = 10000;
int n = 10000;
Thread[] addThreads = new Thread[n];
Thread[] reduceThreads = new Thread[n];
for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t = new Thread(){
public void run(){
//任何线程要修改hp的值，必须先占用someObject
synchronized (someObject) {
gareen.recover();
}
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t.start();
addThreads[i] = t;
}
for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t = new Thread(){
public void run(){
//任何线程要修改hp的值，必须先占用someObject
synchronized (someObject) {
gareen.hurt();
}
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t.start();
reduceThreads[i] = t;
}
for (Thread t : addThreads) {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
for (Thread t : reduceThreads) {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量是 %.0f%n", n,n,gareen.hp);
}
}
步骤 6 : 使用hero对象作为同步对象
既然任意对象都可以用来作为同步对象，而所有的线程访问的都是同一个hero对象，索性就使用gareen来作为同步对象
进一步的，对于Hero的hurt方法，加上：
synchronized (this) {
}
表示当前对象为同步对象，即也是gareen为同步对象
package multiplethread;
import java.awt.GradientPaint;
import charactor.Hero;
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
final Hero gareen = new Hero();
gareen.name = "盖伦";
gareen.hp = 10000;
int n = 10000;
Thread[] addThreads = new Thread[n];
Thread[] reduceThreads = new Thread[n];
for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t = new Thread(){
public void run(){
//使用gareen作为synchronized
synchronized (gareen) {
gareen.recover();
}
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t.start();
addThreads[i] = t;
}
for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t = new Thread(){
public void run(){
//使用gareen作为synchronized
//在方法hurt中有synchronized(this)
gareen.hurt();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t.start();
reduceThreads[i] = t;
}
for (Thread t : addThreads) {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
for (Thread t : reduceThreads) {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量是 %.0f%n", n,n,gareen.hp);
}
}
.
package charactor;
public class Hero{
public String name;
public float hp;
public int damage;
//回血
public void recover(){
hp=hp+1;
}
//掉血
public void hurt(){
//使用this作为同步对象
synchronized (this) {
hp=hp-1;
}
}
public void attackHero(Hero h) {
h.hp-=damage;
System.out.format("%s 正在攻击 %s, %s的血变成了 %.0f%n",name,h.name,h.name,h.hp);
if(h.isDead())
System.out.println(h.name +"死了！");
}
public boolean isDead() {
return 0>=hp?true:false;
}
}
步骤 7 : 在方法前，加上修饰符synchronized
在recover前，直接加上synchronized ，其所对应的同步对象，就是this
和hurt方法达到的效果是一样
外部线程访问gareen的方法，就不需要额外使用synchronized 了
package charactor;
public class Hero{
public String name;
public float hp;
public int damage;
//回血
//直接在方法前加上修饰符synchronized
//其所对应的同步对象，就是this
//和hurt方法达到的效果一样
public synchronized void recover(){
hp=hp+1;
}
//掉血
public void hurt(){
//使用this作为同步对象
synchronized (this) {
hp=hp-1;
}
}
public void attackHero(Hero h) {
h.hp-=damage;
System.out.format("%s 正在攻击 %s, %s的血变成了 %.0f%n",name,h.name,h.name,h.hp);
if(h.isDead())
System.out.println(h.name +"死了！");
}
public boolean isDead() {
return 0>=hp?true:false;
}
}
.
package multiplethread;
import java.awt.GradientPaint;
import charactor.Hero;
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
final Hero gareen = new Hero();
gareen.name = "盖伦";
gareen.hp = 10000;
int n = 10000;
Thread[] addThreads = new Thread[n];
Thread[] reduceThreads = new Thread[n];
for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t = new Thread(){
public void run(){
//recover自带synchronized
gareen.recover();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t.start();
addThreads[i] = t;
}
for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t = new Thread(){
public void run(){
//hurt自带synchronized
gareen.hurt();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t.start();
reduceThreads[i] = t;
}
for (Thread t : addThreads) {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
for (Thread t : reduceThreads) {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量是 %.0f%n", n,n,gareen.hp);
}
}
步骤 8 : 线程安全的类
如果一个类，其方法都是有synchronized修饰的，那么该类就叫做线程安全的类
同一时间，只有一个线程能够进入 这种类的一个实例 的去修改数据，进而保证了这个实例中的数据的安全(不会同时被多线程修改而变成脏数据)
比如StringBuffer和StringBuilder的区别
StringBuffer的方法都是有synchronized修饰的，StringBuffer就叫做线程安全的类
而StringBuilder就不是线程安全的类