Thread多线程3-线程同步

3.线程同步（重点）

1.概述

多个线程操作同一个资源；
并发：同一个对象被多个线程同时操作，例如抢票、银行取钱（手机、柜台）；
处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象；
线程同步：
是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面的线程使用完毕，下一个线程再使用；
由于同一个进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突的问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入锁机制（同步机制，synchronized），当一个线程获得对象的排它锁，就独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可，存在以下问题：

• 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起；
• 在多线程竞争下，加锁、释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题；
• 如果优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁，会导致优先级倒置，引起程序问题；

2.同步方法、同步块

**同步方法 **
由于通过private关键字来保证数据对象只能被方法访问，所以只需要针对方法设置一套机制，这套机制就是synchronized关键字，它包括方法和代码块;
同步方法：public synchronized void method(int args){}
synchronized方法控制对“对象”的访问，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，指导该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，得以继续执行；
【缺陷】若将一个大的方法声明为synchronized将会影响效率；需要修改的代码才需要锁，所以代码块比较好！

同步块

• 同步块：synchronized(Obj){};
• Obj称为同步监视器
  Obj可以是任何对象，但推荐使用共享资源作为同步监视器；
  同步方法中无需制定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是this，就是这个对象的本身，或者是class（反射相关）；
• 同步监视器的执行过程
  第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码；
  第二个线程访问，发现同步监视器被锁定，无法访问；
  第一个线程访问完毕，解锁同步监视器；
  第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定并访问；

/**
 * 模拟买票
 */
public class Ticket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket buyTicket=new BuyTicket();
        new Thread(buyTicket,"苦逼的我").start();
        new Thread(buyTicket,"牛逼的你们").start();
        new Thread(buyTicket,"可恶的黄牛党").start();
    }
}
//synchronized 同步方法，锁的是this
class BuyTicket implements Runnable{
    private int ticketNum=10;
    boolean flag=true;
    @Override
    public void run() {
        while(flag) {
            buy();
        }
    }
    private synchronized void buy(){ //同步方法
        if(ticketNum<=0){
            flag=false;
            return;
        }
        try {
            Thread.sleep(100); //增加同步的概率
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNum--);
    }
}

/**
 * 银行取钱：多线程同时操作一个对象
 */
public class Bank {
    public static void main(String[] args) {
        //账户
        Account account=new Account(100,"wedFund");
        Draw girl=new Draw(account,30,"girl");
        Draw boy=new Draw(account,50,"boy");
        boy.start();
        girl.start();
    }

}
class Account{
    int money;//余额
    String name;//卡名

    public Account(int money, String name) {
        this.money=money;
        this.name=name;
    }
}

//取款
class Draw extends Thread{
    Account account;
    int drawMoney;
    int hasMoney;
    public Draw(Account account,int drawMoney,String name){
        super(name);
        this.account=account;
        this.drawMoney=drawMoney;
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized (account){ //同步块,锁的对象是变化的量，增删改
            //判断有没有钱
            if (account.money-drawMoney<0){
                System.out.println("钱不够，取不了");
                return;
            }
            //模拟延时
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //卡内余额
            account.money=account.money-drawMoney;
            //取到的钱
            hasMoney=hasMoney+drawMoney;
            System.out.println(account.name+"余额为："+account.money);
            System.out.println(this.getName()+"手里的钱："+hasMoney);
        }
    }
}

/**
 * 线程不安全集合
 */
public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list=new ArrayList<String>();
        for (int i=0;i<10;i++){
            new Thread(()->{
                synchronized (list){ //同步块
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
            System.out.println(i);
        }
        try {
            Thread.sleep(1000); //延时等待线程执行完
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

/**
 * 测试JUC安全类型的集合
 */
public class CopyOnWriteList {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list=new CopyOnWriteArrayList();
        for (int i=0;i<1000;i++){
            new Thread(()->{
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

3.死锁

多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形；
某个同步块同时拥有两个以上对象的锁时，就可能发生死锁的问题；

/**
 * 死锁，多个线程互相抱着对方需要的资源，形成僵持
 */
public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup cinderella=new Makeup(0,"灰姑娘");
        Makeup snowWhite=new Makeup(1,"白雪公主");
        cinderella.start();
        snowWhite.start();
    }
}
//口红
class Lipstick{
}
class Mirror{
}
class Makeup extends Thread{
    //需要的资源只有一份，用static来保证唯一
    static Lipstick lipstick=new Lipstick();
    static Mirror mirror=new Mirror();

    int choice;//选择
    String name;//使用化妆品的人

    public Makeup(int choice,String name){
        this.choice=choice;
        this.name=name;
    }

    @Override
    public void run() {
        //化妆
        makeup();

    }

    //化妆
    private void makeup() {
        if (choice==0){
            synchronized (lipstick){
                System.out.println(this.name+": 获得口红的锁");
                    synchronized (mirror){
                    System.out.println(this.name+": 获得镜子的锁");
                }
            }
        }else{
            synchronized (mirror){
                System.out.println(this.name+": 获得镜子的锁");
                    synchronized (lipstick){
                    System.out.println(this.name+": 获得口红的锁");
                }
            }
        }
    }
}

4.Lock（锁）

• 从jdk5.0开始，java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步，同步锁使用Lock对象充当；
• java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多线程对共享资源访问的工具，锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象；
• ReentrantLock类实现了Lock，它拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁；

/**
 * 测试Lock
 */
public class LockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        LockThread lockThread=new LockThread();
        new Thread(lockThread,"苦逼的我").start();
        new Thread(lockThread,"牛逼的你们").start();
        new Thread(lockThread,"可恶的黄牛党").start();
    }
}
class LockThread implements Runnable{
    int ticketNum=10;
    //定义Lock
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try {
                lock.lock();//加锁
                if(ticketNum>0){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到票："+ticketNum--);
                }else{
                    break;
                }
            }finally {
                lock.unlock();//解锁
            }
        }
    }
}

5.synchronized 与 Lock的对比

• Lock是显式锁（手动开启和关闭，别忘记关闭），synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放；
• Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁；
• 使用Lock锁，JVM将话费较少的时间来调度线程，性能更好，并且具有更好的扩展性（提供更多的子类）
• 使用有限顺序：Lock->同步代码块（已经进入方法体，分配了相应资源）->同步方法(在方法体外）