理解Java中的线程安全及处理方法

1. 线程安全性

1.1. 继承方式VS实现方式(掌握)

当多线程并发访问同一个资源时,会导致线程出现安全性的原因,看案例。

案例:现有50个苹果,现在有请三个童鞋(小A、小B、小C)上台表演吃苹果。

因为A、B、C三个人可以同时吃苹果,此时得使用多线程技术来实现这个案例。

分析: 可以定义三个线程对象,并启动线程.

第一步:每一个同学吃苹果的时候:先展示自己拿到手上苹果的编号,如1,2,3,36...

第二步:再吃掉苹果(意味着苹果的总数少一个)

方式1:可以使用继承Thread方式来实现.

方式2:可以使用实现Runnable方式来实现.

使用继承方式

class Person extends Thread {

    private int num = 50;//苹果总数

    public Person(String name) {

        super(name);

    }

    public void run() {

        for (int i = 0; i < 50; i++) {

            if (num > 0) {

                System.out.println(super.getName() + "吃了编号为:" + num-- + "的苹果");

            }

        }

    }

}

public class ThreadDemo1 {

    public static void main(String[] args) {

        //创建三个线程,吃苹果

        new Person("小A").start();

        new Person("小B").start();

        new Person("小C").start();

    }

}

使用继承方式完成该案例的时候,会发现A、B、C都各自吃了50个苹果,为何?

使用实现方式

class Apple implements Runnable {

    private int num = 50;//苹果总数

    public void run() {

        for (int i = 0; i < 50; i++) {

            if (num > 0) {

                System.out.println(Thread.currentThread().getName()

+ "吃了编号为:" + num-- + "的苹果");

            }

        }

    }

}

public class ThreadDemo2 {

    public static void main(String[] args) {

        Apple a = new Apple();

        //创建三个线程,吃苹果

        new Thread(a, "小A").start();

        new Thread(a, "小B").start();

        new Thread(a, "小C").start();

    }

}

在使用实现方式的时候,我们发现A、B、C一共吃了50个苹果,为何?

通过吃苹果比赛,分析继承方式和实现方式的区别:

继承方式:

  • Java中类是单继承的,如果继承了Thread了,该类就不能再有其他的直接父类了。

  • 从操作上分析,继承方式更简单,获取线程名字也简单。

  • 从多线程共享同一个资源上分析,继承方式不能多个线程共享同一个资源。

实现方式:

  • Java中类可以多实现接口,此时该类还可以继承其他类,并且还可以实现其他接口(设计上,更优雅)。

  • 从操作上分析,获取线程名字也比较复杂,得使用Thread.currentThread()来获取当前线程的引用。

  • 从多线程共享同一个资源上分析,实现方式可以多线程共享同一个资源。

1.2. 线程同步(掌握)

当多线程并发访问同一个资源对象的时候,可能出现线程不安全的问题。

但是,分析打印的结果,有时候发现没有问题:

意识:看不到问题,不代表没有问题,可能是我们经验不够,或者说问题出现的不够明显。

那么可以使用线程休眠来模拟网络延迟,让问题来得更明显一些:

Thread.sleep(10);//当前线程睡10毫秒,当前线程休息着,让其他线程去抢资源.           

在程序中并不是使用Thread.sleep(10)之后程序才出现问题,而是使用之后,问题更明显,休眠的时间越久问题越明显,一般用10或100即可,具体根据情况而定。

class Apple implements Runnable {

    private int num = 50;//苹果总数

    public void run() {

        try {

            for (int i = 0; i < 50; i++) {

                if (num > 0) {

                    Thread.sleep(10);

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()

 + "吃了编号为:" + num-- + "的苹果");

                }

            }

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

    }

}

分析运行结果,为什么有错误的结果。

在这里,打印苹果的编号和苹果数量的减少,应该是一个原子操作,也就说是一个不能分割的操作,两个步骤之间不能被其他线程插一脚。

第一步:System.out.println(Thread.currentThread().getName()

  • "吃了编号为:" + num + "的苹果");

第二步:num --;

解决方案:保证打印苹果编号和苹果总数减1操作,必须同步完成。

解决思路:A线程获得同步锁进入操作的时候,B和C线程只能在外等着,A操作结束,释放同步锁。A和B和C才有机会去抢同步锁(谁获得同步锁,谁才能执行代码)。

通俗例子:A、B、C三个人去抢厕所的雅间,为了保证安全规定谁抢到了必须上锁,把其他人排除外雅间外面。若A抢到了,进入后应该立马上锁,B和C只能在外等着,当A释放锁出来的时候,A、B、C又开始尝试抢资源。

  • 方式1:同步代码块

  • 方式2:同步方法

1.2.1. 同步代码块(掌握)

同步代码块语法:

synchronized(同步锁){

     需要同步操作的代码

}

同步锁,又称之为同步监听对象/同步锁/同步监听器/互斥锁:

为了保证每个线程都能正常执行原子操作,Java引入了线程同步机制。

对象的同步锁只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁。

Java程序允许使用任何对象作为同步监听对象,一般的,我们把当前并发访问的共同资源作为同步监听对象,比如此时三个线程的共同资源Apple对象。

注意:在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就执行,其他的线程只能在代码块外等着。

class Apple implements Runnable {

    private int num = 50;//苹果总数

    public void run() {

        try {

            for (int i = 0; i < 50; i++) {

                synchronized (this) {

                    if (num > 0) {

                        Thread.sleep(10);

                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()

+ "吃了编号为:" + num-- + "的苹果");

                    }

                }

            }

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

    }

}

此时的同步锁this表示Apple对象,而程序中Apple对象只有一份,故可以作为同步锁。

1.2.2. 同步方法(掌握)

使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法。保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。

synchronized  public  void  doWork(){

     ///TODO

}

此时同步锁是谁——其实就是,调用当前同步方法的对象:

  • 对于非static方法,同步锁就是this。

  • 对于static方法,同步锁就是当前方法所在类的字节码对象。

class Apple implements Runnable {

    private int num = 50;//苹果总数

    public void run() {

        for (int i = 0; i < 50; i++) {

            this.eat();

        }

    }

    synchronized private void eat() {

        try {

            if (num > 0) {

                Thread.sleep(10);

                System.out.println(Thread.currentThread().getName()

+ "吃了编号为:" + num-- + "的苹果");

            }

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

    }

}

1.2.3. synchronized的优劣(掌握)

好处:保证了多线程并发访问时的同步操作,避免线程的安全性问题。

缺点:使用synchronized的方法/代码块的性能要低一些。

建议:尽量减小synchronized的作用域。

面试题:

1、StringBuilder和StringBuffer的区别

2、说说ArrayList和Vector的区别

3、HashMap和Hashtable的区别

通过源代码会发现,主要就是方法有没有使用synchronized的区别,比如StringBuilder和StringBuffer。

image.png

因此得出结论:使用synchronized修饰的方法性能较高,但是安全性较低,反之则反。

若要获得最好的学习效果,需要配合对应教学视频一起学习。需要完整教学视频,请参看https://ke.qq.com/course/272077

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