多线程2（线程安全，线程同步，死锁，lock锁，等待唤醒机制）

2.1      线程安全

如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

• 我们通过一个案例，演示线程的安全问题：

电影院要卖票，我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “功夫熊猫3”，本次电影的座位共100个(本场电影只能卖100张票)。

我们来模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “功夫熊猫3”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)

需要窗口，采用线程对象来模拟；需要票，Runnable接口子类来模拟

测试类

/*
 * 多线程并发访问同一个数据资源
 * 3个线程,对一个票资源,出售
 */
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建Runnable接口实现类对象
        Tickets t = new Tickets();
        //创建3个Thread类对象,传递Runnable接 口实现类
        Thread t0 = new Thread(t);
        Thread t1 = new Thread(t);
        Thread t2 = new Thread(t);
        
        t0.start();t1.start();t2.start();
        
    }
}

模拟票

public class Ticket implements Runnable {
    //共100票
    int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        //模拟卖票
        while(true){
            if (ticket > 0) {
                //模拟选坐的操作
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--);
            }
        }
    }

运行结果发现：上面程序出现了问题

• 票出现了重复的票
•  错误的票 0、-1

其实，线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。

2.2      线程同步（线程安全处理Synchronized）

java中提供了线程同步机制，它能够解决上述的线程安全问题。

         线程同步的方式有两种：

• 方式1：同步代码块
• 方式2：同步方法

2.2.1      同步代码块

同步代码块: 在代码块声明上 加上synchronized

synchronized (锁对象) {
    可能会产生线程安全问题的代码
}

同步代码块中的锁对象可以是任意的对象；但多个线程时，要使用同一个锁对象才能够保证线程安全。

 

使用同步代码块，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

/*
 *  通过线程休眠,出现安全问题
 *  解决安全问题,Java程序,提供技术,同步技术
 *  公式:
 *    synchronized(任意对象){
 *      线程要操作的共享数据
 *    }
 *    同步代码块
 */
public class Tickets implements Runnable{
    
    //定义出售的票源
    private int ticket = 100;
    private Object obj = new Object();
    
    public void run(){
        while(true){
            //线程共享数据,保证安全,加入同步代码块
            synchronized(obj){
            //对票数判断,大于0,可以出售,变量--操作
                if( ticket > 0){
                    try{
                       Thread.sleep(1);
                    }catch(Exception ex){}
                    finally {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第 "+ticket--);
                    }
                    
                }
            }
        }
    }
}

当使用了同步代码块后，上述的线程的安全问题，解决了。

2.2.2      同步方法

同步方法：在方法声明上加上synchronized

public synchronized void method(){
   可能会产生线程安全问题的代码
}

同步方法中的锁对象是 this

使用同步方法，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

package cn.itcast.demo1;
/*
 *  采用同步方法形式,解决线程的安全问题
 *  好处: 代码简洁
 *  将线程共享数据,和同步,抽取到一个方法中
 *  在方法的声明上,加入同步关键字
 *  
 *  问题:
 *    同步方法有锁吗,肯定有,同步方法中的对象锁,是本类对象引用 this
 *    如果方法是静态的呢,同步有锁吗,绝对不是this
 *    锁是本类自己.class 属性
 *    静态方法,同步锁,是本类类名.class属性
 */
public class Tickets implements Runnable{

    //定义出售的票源
    private  int ticket = 100;
    
    public void run(){
        while(true){
            payTicket();
        }
    }
    
    public  synchronized void payTicket(){    
            if( ticket > 0){
                try{
                   Thread.sleep(10);
                }catch(Exception ex){}
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第 "+ticket--);
            }
        
    }
}

 

静态同步方法: 在方法声明上加上static synchronized

public static synchronized void method(){
　　可能会产生线程安全问题的代码
}

静态同步方法中的锁对象是 类名.class

2.3      Lock接口

查阅API，查阅Lock接口描述，Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。

Lock接口中的常用方法

Lock提供了一个更加面对对象的锁，在该锁中提供了更多的操作锁的功能。

我们使用Lock接口，以及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步，对电影院卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/*
 *  使用JDK1.5 的接口Lock,替换同步代码块,实现线程的安全性
 *  Lock接口方法:
 *     lock() 获取锁
 *     unlock()释放锁
 *  实现类ReentrantLock
 */
public class Tickets implements Runnable{
    
    //定义出售的票源
    private int ticket = 100;
    //在类的成员位置,创建Lock接口的实现类对象
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    
    public void run(){
        while(true){
            //调用Lock接口方法lock获取锁
            lock.lock();
            //对票数判断,大于0,可以出售,变量--操作
                if( ticket > 0){
                    try{
                       Thread.sleep(10);
                       System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第 "+ticket--);
                    }catch(Exception ex){
                        
                    }finally{
                        //释放锁,调用Lock接口方法unlock
                        lock.unlock();
                    }
                }
    
            
        }
    }
}

2.4      死锁

同步锁使用的弊端：当线程任务中出现了多个同步(多个锁)时，如果同步中嵌套了其他的同步。这时容易引发一种现象：程序出现无限等待，这种现象我们称为死锁。这种情况能避免就避免掉。

synchronzied(A锁){
    synchronized(B锁){
         
    }
}

我们进行下死锁情况的代码演示：

定义锁a对象类

public class LockA {
    private LockA(){}
    
    public  static final LockA locka = new LockA();
}

定义锁b对象类

public class LockB {
    private LockB(){}
    
    public static final LockB lockb = new LockB();
}

线程任务类

public class DeadLock implements Runnable{
    private int i = 0;
    public void run(){
        while(true){
            if(i%2==0){
                //先进入A同步,再进入B同步
                synchronized(LockA.locka){
                    System.out.println("if...locka");
                    synchronized(LockB.lockb){
                        System.out.println("if...lockb");
                    }
                }
            }else{
                //先进入B同步,再进入A同步
                synchronized(LockB.lockb){
                    System.out.println("else...lockb");
                    synchronized(LockA.locka){
                        System.out.println("else...locka");
                    }
                }
            }
            i++;
        }
    }
}

测试类

public class DeadLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        DeadLock dead = new DeadLock();
        Thread t0 = new Thread(dead);
        Thread t1 = new Thread(dead);
        t0.start();
        t1.start();
    }
}

2.5     等待唤醒机制

在开始讲解等待唤醒机制之前，有必要搞清一个概念——线程之间的通信：多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。

等待唤醒机制所涉及到的方法：

• wait（） :等待，将正在执行的线程释放其执行资格 和 执行权，并存储到线程池中。
• notify（）：唤醒，唤醒线程池中被wait（）的线程，一次唤醒一个，而且是任意的。
• notifyAll（）： 唤醒全部：可以将线程池中的所有wait() 线程都唤醒。

其实，所谓唤醒的意思就是让 线程池中的线程具备执行资格。必须注意的是，这些方法都是在 同步中才有效。同时这些方法在使用时必须标明所属锁，这样才可以明确出这些方法操作的到底是哪个锁上的线程。

仔细查看JavaAPI之后，发现这些方法 并不定义在 Thread中，也没定义在Runnable接口中，却被定义在了Object类中，为什么这些操作线程的方法定义在Object类中？

因为这些方法在使用时，必须要标明所属的锁，而锁又可以是任意对象。能被任意对象调用的方法一定定义在Object类中。

接下里，我们先从一个简单的示例入手:

如上图说示，输入线程向Resource中输入name ,sex , 输出线程从资源中输出，先要完成的任务是：

1. 当input发现Resource中没有数据时，开始输入，输入完成后，叫output来输出。如果发现有数据，就wait();
2. 当output发现Resource中没有数据时，就wait() ；当发现有数据时，就输出，然后，叫醒input来输入数据。

 

下面代码，模拟等待唤醒机制的实现：

模拟资源类

/*
 *  定义资源类,有2个成员变量
 *  name,sex
 *  同时有2个线程,对资源中的变量操作
 *  1个对name,age赋值
 *  2个对name,age做变量的输出打印
 */
public class Resource {
    public String name;
    public String sex;
    public boolean flag = false;
}

输入类

/*
 *  输入的线程,对资源对象Resource中成员变量赋值
 *  一次赋值 张三,男
 *  下一次赋值 lisi,nv
 */
public class Input implements Runnable {
    private Resource r ;
    
    public Input(Resource r){
        this.r = r;
    }
    
    public void run() {
        int i = 0 ;
        while(true){
          synchronized(r){
              //标记是true,等待
                if(r.flag){
                    try{r.wait();}catch(Exception ex){}
                }
              
                if(i%2==0){
                    r.name = "张三";
                    r.sex = "男";
                }else{
                    r.name = "lisi";
                    r.sex = "nv";
                }
                //将对方线程唤醒,标记改为true
                r.flag = true;
                r.notify();
          }
            i++;
        }
    }

}

输出类

/*
 *  输出线程,对资源对象Resource中成员变量,输出值
 */
public class Output implements Runnable {
    private Resource r ;
    
    public Output(Resource r){
        this.r = r;
    }
    public void run() {
        while(true){
          synchronized(r){    
              //判断标记,是false,等待
            if(!r.flag){
                try{r.wait();}catch(Exception ex){}
            }
            System.out.println(r.name+".."+r.sex);
            //标记改成false,唤醒对方线程
            r.flag = false;
            r.notify();
          }
        }
    }

}

测试类

/*
 *  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
 */
public class ThreadDemo{
    public static void main(String[] args) {
        
        Resource r = new Resource();
        
        Input in = new Input(r);
        Output out = new Output(r);
        
        Thread tin = new Thread(in);
        Thread tout = new Thread(out);
        
        tin.start();
        tout.start();
    }
}

---

 总结

• 同步锁

多个线程想保证线程安全，必须要使用同一个锁对象

　　　　①同步代码块

synchronized (锁对象){ 2 可能产生线程安全问题的代码 3 }

　　 同步代码块的锁对象可以是任意的对象

　　②同步方法

 public synchronized void method()
        可能产生线程安全问题的代码
}

　　 同步方法中的锁对象是 this

• 静态同步方法

public synchronized void method()
     可能产生线程安全问题的代码
}

　　静态同步方法中的锁对象是 类名.class

 

l  多线程有几种实现方案，分别是哪几种?

1. 继承Thread类
2. 实现Runnable接口
3. 通过线程池，实现Callable接口

l  同步有几种方式，分别是什么?

1. 同步代码块
2. 同步方法、
3. 静态同步方法

l  启动一个线程是run()还是start()?它们的区别?

         启动一个线程是start()

         区别：

                  start： 启动线程，并调用线程中的run()方法

                  run  : 执行该线程对象要执行的任务

l  sleep()和wait()方法的区别

         sleep: 不释放锁对象, 释放CPU使用权

                           在休眠的时间内，不能唤醒

                  wait(): 释放锁对象, 释放CPU使用权

                           在等待的时间内，能唤醒

l  为什么wait(),notify(),notifyAll()等方法都定义在Object类中

         锁对象可以是任意类型的对象