Java多线程-线程同步
一、线程同步
- 由于同一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 synchronized，当一个线程获得对象的排它锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可。
- 加锁之后存在以下问题：
- 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;
- 如果一个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，引起性能问题。
1.1、同步方法
- 通过在修饰符中添加 synchronized 方法对方法进行加锁。
- 默认锁的是它本身，类本身。
- 语法：
public synchronized void a(){}
- 缺陷：若将一个大的方法声明为 synchronized 将会影响效率
例子：
package com.kuang.syn;
// 不安全的买票，加上 synchronized 变成安全的买票
public class UnsafeBuyTicket {
public static void main(String[] args) {
BuyTicket station = new BuyTicket();
new Thread(station,"苦逼的我").start();
new Thread(station,"牛逼的你们").start();
new Thread(station,"可恶的黄牛党").start();
}
}
class BuyTicket implements Runnable{
// 票
private int ticketNums = 10;
boolean flag = true; // 外部停止方式
@Override
public void run() {
// 买票
while (flag){
buy();
}
}
// synchronized 同步方法，默认锁的是 this.
private synchronized void buy(){
// 判断是否有票
if (ticketNums<=0){
flag = false;
return;
}
// 模拟延时
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 买票
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
}
}
1.2、同步块
- 同步块：
synchronized(Obj){ } - Obj 称之为 同步监视器
- Obj 可以是任何对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器。
- 同步方法中无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是 this，就是这个对象本身，或者是 class。
- 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。
案例：
package com.kuang.syn;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
// 线程不安全的集合
public class UnsafeList {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(() -> {
// 锁的对象就是变化的量，需要增删改的对象
synchronized (list) {
list.add(Thread.currentThread().getName());
}
}).start();
}
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(list.size());
}
}
1.3、死锁
- 多个线程各自占有一些共享资源，并且相互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，某一个同步块同时拥有 两个以上对象的锁 时，就可能会发生 “死锁” 的问题。
- 产生死锁的四个必要条件：
- 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
- 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
- 不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺。
- 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。
- 只要破坏以上的一个或多个条件就可以避免死锁发生。
案例：
package com.kuang.thread;
// 死锁：多个线程互相抱着对方需要的资源，然后形成僵持。
public class DeadLock {
public static void main(String[] args) {
Makeup g1 = new Makeup(0, "灰姑娘");
Makeup g2 = new Makeup(1, "白雪公主");
g1.start();
g2.start();
}
}
// 口红
class Lipstick { }
// 镜子
class Mirror { }
class Makeup extends Thread {
// 需要的资源只有一份，用 static 来保证只有一份。
static Lipstick lipstick = new Lipstick();
static Mirror mirror = new Mirror();
int choice; // 选择
String girlNmae; // 使用化妆品的人
Makeup(int choice, String girlNmae) {
this.choice = choice;
this.girlNmae = girlNmae;
}
@Override
public void run() {
// 化妆
try {
makeup();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 化妆，互相持有对方的锁，就是需要拿到对方的资源
private void makeup() throws InterruptedException {
if (choice == 0) {
synchronized (lipstick) { // 获得口红的锁
System.out.println(this.girlNmae + "获得口红的锁");
Thread.sleep(1000);
synchronized (mirror) { // 一秒钟后想获得镜子
System.out.println(this.girlNmae + "获得镜子的锁");
}
}
} else {
synchronized (mirror) { // 获得口红的锁
System.out.println(this.girlNmae + "获得镜子的锁");
Thread.sleep(2000);
synchronized (lipstick) { // 一秒钟后想获得镜子
System.out.println(this.girlNmae + "获得口红的锁");
}
}
}
}
}
1.4、Lock（锁）
- 从 JDK 5.0 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接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。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。
- 建议配合 try{ }、finally{ }，进行加锁和解锁。
案例：
package com.kuang.gaoji;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
// 测试 Lock 锁
public class TestLock {
public static void main(String[] args) {
TestLock2 testLock2 = new TestLock2();
new Thread(testLock2).start();
new Thread(testLock2).start();
new Thread(testLock2).start();
}
}
class TestLock2 implements Runnable {
int ticketNums = 10;
// 定义 lock 锁
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
lock.lock(); // 加锁
if (ticketNums > 0) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(ticketNums--);
} else {
break;
}
} finally {
// 解锁
lock.unlock();
}
}
}
}
1.5、synchronized 与 Lock 的对比
- Lock 是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁）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 将花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）
- 优先使用顺序：
- Lock > 同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源） > 同步方法（在方法体之外）
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