Java多线程 ----（2）多线程同步

1 同步函数
2 同步代码块
3 锁

另外，这篇文章尝试了一种新的行文风格，轻喷。

1、多线程存在的一个问题：当多个线程存在时，可能会出现同步问题。

例如，在某一个线程休眠的时候，可能其他线程会进入if语句继续执行，而当这个线程苏醒继续执行剩余的代码，程序的状态已经发生巨大变化，继续执行就会导致无法预计的后果。
例如，常见的卖票程序，总共100张票，在某个线程休眠之后，后进来的接着执行，会出现-1，-2号票。

//创建Ticket类，实现Runnable方法
public class Ticket implements Runnable{

    private int ticketCount = 100;
    public void run(){
        while(true){
            if(ticketCount>0){//该语句未生效，结果中出现了0，-1，-2号票
                 try{
                   Thread.sleep(10);//先进来的线程休眠，后进来的接着执行，可能出现异常
                }catch(InterruptException){
                    e.printStack();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"------"+ticketCount--);
            }
        }
    }
}

public static void main(String args[]){
        Ticket t = new Ticket();
        //启动四个线程，共享Ticket
        Thread t1 = new Thread(t);
        Thread t2 = new Thread(t);
        Thread t3 = new Thread(t);
        Thread t4 = new Thread(t);

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
}
image.png

2、解决这个问题

常见的方法是使用Java提供的同步代码块，语法如下：

synchronized(对象){
}

修改后代码如下：

//创建Ticket类，实现Runnable方法
public class Ticket implements Runnable{

    private int ticketCount = 100;
    Object obj = new Object();//必须有对象，代表锁，必须放在执行代码的外层，保证其唯一性
    public void run(){
        while(true){
          synchronized(obj){
            if(ticketCount>0){
                 try{
                   Thread.sleep(10);//可能出现异常
                }catch(InterruptException){
                    e.printStack();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"------"+ticketCount--);
            }
          }
        }
    }
}

通过上述的锁即可解决多线程的安全问题。

对象就如同锁。持有锁的线程可以在同步中执行。
没有持有锁的线程即使获取到了CPU的执行权，也无法进入上锁的代码块。

同步的前提：
1、必须要有两个或者两个以上的线程；
2、必须是多个线程同时使用一个锁；
同步的好处：解决了多线程安全问题。
弊端：多个线程需要判断，较为消耗资源。

3、同步函数

除了同步代码块之外，也可以用同步函数来来实现代码同步的功能。
例如：

//创建Ticket类，实现Runnable方法
public class Ticket implements Runnable{
    private int ticketCount = 100;
    public synchronized void run(){
        while(true){
            if(ticketCount>0){
                 try{
                   Thread.sleep(10);//可能出现异常
                }catch(InterruptException){
                    e.printStack();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"------"+ticketCount--);
            }
          }
    }
}

但是，上述代码中同步函数的使用会导致一个问题，如图所示：

image.png

原因是：在0线程未执行完毕之前，其他的线程无法获得执行权，进入到该方法中来。

所以，在使用同步代码时：
必须要搞清楚“哪些些代码需要被同步，哪些则不能被同步！”

那么在改方法中需要同步的代码只涉及，ticket的操作，故可以将该部分代码抽取出来，使用一个同步函数表示，如下：

private int ticketCount = 100;
    public void run(){
        while(true){
            show();
        }
    }

   //抽取出需要同步的代码
    public synchronized void show(){
        if(ticketCount>0){
            try{
                Thread.sleep(10);
            }catch(Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"**********"+ticketCount--);
        }
    }

如此，即可实现多线程安全的功能


image.png

4 、新的问题：在上述代码中，似乎并没有新创建一个锁对象

Object obj = new Object();//被删除了

那么，在这个时候，同步函数使用的锁是哪个呢？

结论：同步函数使用的是this锁。

验证：
写一个小程序来测试一下，如下：
功能：声明两种加锁的方式来实现同步，一种是函数块，一种是代码块；

假设1：如果说两种方式使用的是同一个锁。如果是这样，下面的程序应该可以很好的完成同步功能，不会出现异常。

代码如下：

public class Ticket implements Runnable{

    private int ticketCount = 100;
    Object obj = new Object();
    boolean flag = true;
    public void run(){
        if(flag){
            while(true){
                show();
            }
        }else{
            while(true){
                synchronized (obj) {
                    if(ticketCount>0){
                        try{
                            Thread.sleep(10);
                        }catch(Exception e){
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"*****NOT-SHOW*****"+ticketCount--);
                    }
                }
            }
        }
    }

    public synchronized void show(){
        if(ticketCount>0){
            try{
                Thread.sleep(10);
            }catch(Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"****SHOW******"+ticketCount--);
        }
    }
}

主函数如下：

public static void main(String args[]){
        Ticket t = new Ticket();

        Thread t1 = new Thread(t);
        Thread t2 = new Thread(t);

        t1.start();
        try {
            Thread.sleep(10);//必须让主线程休眠一会儿，否则flag总是false
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        t.flag = false;
        t2.start();
    }

运行结果如下


image.png

通过上图中0号票的存在，
假设1被推翻，即两种同步代码用的并不是同一个锁。

假设2：show（）同步函数使用的是this锁，代码块使用的是new的Object锁（已知）。

验证代码如下：将obj换成this，若未出现安全问题，则说明show()使用的是this锁。

public class Ticket implements Runnable{

    private int ticketCount = 100;
    Object obj = new Object();
    boolean flag = true;
    public void run(){
        if(flag){
            while(true){
                show();
            }
        }else{
            while(true){
                synchronized (this) {
                    if(ticketCount>0){
                        try{
                            Thread.sleep(10);
                        }catch(Exception e){
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"*****NOT-SHOW*****"+ticketCount--);
                    }
                }
            }
        }
    }

    public synchronized void show(){
        if(ticketCount>0){
            try{
                Thread.sleep(10);
            }catch(Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"****SHOW******"+ticketCount--);
        }
    }
}

运行结果如下：


image.png

结果中并未出现0号异常票，所以，假设得证！

结论：同步函数使用的是this锁。

5 再说一个要注意的地方：

如果同步函数被静态所修饰，使用的锁是该方法所在类的字节码文件对象，可通过类名称.class获得。
代码例子：

public class Ticket implements Runnable{
private static int ticketCount = 100;
    Object obj = new Object();
    boolean flag = true;
    public void run(){
        if(flag){
            while(true){
                show();
            }
        }else{
            while(true){
                synchronized (Ticket.class) {
                    if(ticketCount>0){
                        try{
                            Thread.sleep(10);
                        }catch(Exception e){
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"*****NOT-SHOW*****"+ticketCount--);
                    }
                }
            }
        }
    }

    public static synchronized void show(){
        if(ticketCount>0){
            try{
                Thread.sleep(10);
            }catch(Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"****SHOW******"+ticketCount--);
        }
    }
｝

结果如下：


image.png

结果正常，无0号票，但是如果不使用Ticket.class，使用this就会出现0号票。

END

P.S.第一次采用这种行文方式来写，感觉不错，更加面向浏览者，是个好的转变！O(∩_∩)O哈哈~

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