同步锁-线程安全问题解决方案

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2021年3月24日05:17:33 评论 37 次浏览 5923字阅读19分44秒
摘要

1 同步锁1.1 前言经过前面多线程编程的学习,我们遇到了线程安全的相关问题,比如多线程售票情景下的超卖/重卖现象.上节笔记点这里-进程与线程笔记我们如何判断程序有没有可能出现线程安全问题,主要有以下三个条件:在多线程程序中 + 有共享数据 + 多条语句操作共享数据多线程的场景和共享数据的条件是改变不了的(就像4个窗口一起卖100张票,这个是业务)所以思路可以从第3点”多条语句操作共享数据”入手,既然是在这多条语句操作数据过程中出现了问题那我们可以把有可能出现问题的代码都包裹起来,一次只让一

synchronized (锁对象){
需要同步的代码(也就是可能出现问题的操作共享数据的多条语句);
}

3.3 尝试用读写锁改造售票案例

同步效果的使用有两个前提:

2.1 ExecutorService/Executors

1.3.1 写法

ReentrantLock 排他锁(悲观锁,有罪假设)

经过前面多线程编程的学习,我们遇到了线程安全的相关问题,比如多线程售票情景下的超卖/重卖现象.
上节笔记点这里-进程与线程笔记

我们如何判断程序有没有可能出现线程安全问题,主要有以下三个条件:

因此引入了ReentrantReadWriteLock,顾名思义,ReentrantReadWriteLock是Reentrant(可重入)Read(读)Write(写)Lock(锁),我们下面称它为读写锁。
读写锁内部又分为读锁和写锁,读锁可以在没有写锁的时候被多个线程同时持有,写锁是独占的。
读锁和写锁分离从而提升程序性能,读写锁主要应用于读多写少的场景。

3 拓展:线程锁

Executors 辅助创建线程池的工具类

3.2 两种常见的锁

3.4 两种方式的区别

2.2 练习:线程的其他创建方式

下一节 设计模式 点这里

接下来介绍下同步与异步的概念:
同步:体现了排队的效果,同一时刻只能有一个线程独占资源,其他没有权利的线程排队。
坏处就是效率会降低,不过保证了安全。
异步:体现了多线程抢占资源的效果,线程间互相不等待,互相抢占资源。
坏处就是有安全隐患,效率要高一些。

多线程的场景和共享数据的条件是改变不了的(就像4个窗口一起卖100张票,这个是业务)
所以思路可以从第3点"多条语句操作共享数据"入手,既然是在这多条语句操作数据过程中出现了问题
那我们可以把有可能出现问题的代码都包裹起来,一次只让一个线程来执行

1.3.2 前提

1.2 同步与异步

package cn.tedu.thread;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/**
* 本类用于改造售票案例,使用可重入读写锁
* ReentrantReadWriteLock
* */
public class TestSaleTicketsV3 {
public static void main(String[] args) {
SaleTicketsV3 target = new SaleTicketsV3();
Thread t1 = new Thread(target);
Thread t2 = new Thread(target);
Thread t3 = new Thread(target);
Thread t4 = new Thread(target);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
class SaleTicketsV3 implements Runnable{
static int tickets = 100;
//1.定义可重入读写锁对象,静态保证全局唯一
static ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(true);
@Override
public void run() {
while(true) {
//2.在操作共享资源前上锁
lock.writeLock().lock();
try {
if(tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + tickets--);
}
if(tickets <= 0) break;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}finally {
//3.finally{}中释放锁,注意一定要手动释放,防止死锁,否则就独占报错了
lock.writeLock().unlock();
}
}
}
}
  1. synchronized同步关键字可以用来修饰方法,称为同步方法,使用的锁对象是this
  2. synchronized同步关键字可以用来修饰代码块,称为同步代码块,使用的锁对象可以任意
  3. 同步的缺点是会降低程序的执行效率,但我们为了保证线程的安全,有些性能是必须要牺牲的
  4. 但是为了性能,加锁的范围需要控制好,比如我们不需要给整个商场加锁,试衣间加锁就可以了

1.5 之前遇到过的同步例子

  • newFixedThreadPool(int nThreads) 最多n个线程的线程池
  • newCachedThreadPool() 足够多的线程,使任务不必等待
  • newSingleThreadExecutor() 只有一个线程的线程池
public class TestSaleTicketsV2 {
public static void main(String[] args) {
//5.创建接口实现类对象作为目标对象(目标对象就是要做的业务)
SaleTicketsV2 target = new SaleTicketsV2();
//6.将目标对象与Thread线程对象绑定
//		Thread t1 = new Thread(target);
//		Thread t2 = new Thread(target);
//		Thread t3 = new Thread(target);
//		Thread t4 = new Thread(target);
//7.以多线程的方式启动线程--会将线程由新建状态变为就绪状态
/**1.如果只创建了一个线程对象,是单线程场景,不会出现数据问题*/
//		t1.start();
//		t2.start();
//		t3.start();
//		t4.start();
/**7.线程池ExecutorService:用来存储线程的池子,把新建线程/启动线程/关闭线程的任务都交给池来管理*/
/**8.Executors用来辅助创建线程池对象,newFixedThreadPool()创建具有参数个数的线程数的线程池*/
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
for(int i = 0;i<5;i++) {
/**9.excute()让线程池中的线程来执行任务,每次调用都会启动一个线程*/
pool.execute(target);//本方法的参数就是执行的业务,也就是实现类的目标对象
}
}

1.3 synchronized同步关键字

ReentrantLock是排他锁,排他锁在同一时刻仅有一个线程可以进行访问,实际上独占锁是一种相对比较保守的锁策略,在这种情况下任何“读/读”、“读/写”、“写/写”操作都不能同时发生,这在一定程度上降低了吞吐量。然而读操作之间不存在数据竞争问题,如果”读/读”操作能够以共享锁的方式进行,那会进一步提升性能。

需要注意的是,用sychronized修饰的方法或者语句块在代码执行完之后锁会自动释放,而是用Lock需要我们手动释放锁,所以为了保证锁最终被释放(发生异常情况),要把互斥区放在try内,释放锁放在finally内!
与互斥锁相比,读-写锁允许对共享数据进行更高级别的并发访问。虽然一次只有一个线程(writer 线程)可以修改共享数据,但在许多情况下,任何数量的线程可以同时读取共享数据(reader 线程)从理论上讲,与互斥锁定相比,使用读-写锁允许的并发性增强将带来更大的性能提高。

1 同步锁

  • execute(Runnable任务对象) 把任务丢到线程池

悲观锁:像它的名字一样,对于并发间操作产生的线程安全问题持悲观状态.
悲观锁认为竞争总是会发生,因此每次对某资源进行操作时,都会持有一个独占的锁,就像synchronized,不管三七二十一,直接上了锁就操作资源了。

package cn.tedu.thread;
/**
* 本类用于改造售票案例,解决多线程编程安全问题
* 需求:4个线程共同卖100张票
* 问题1:出现了重卖现象:一张票卖给了多个人
* 问题2:出现了超卖现象:出现了0张/-1张/-2张这样的现象
* */
public class TestSaleTicketsV2 {
public static void main(String[] args) {
//5.创建接口实现类对象作为目标对象(目标对象就是要做的业务)
SaleTicketsV2 target = new SaleTicketsV2();
//6.将目标对象与Thread线程对象绑定
Thread t1 = new Thread(target);
Thread t2 = new Thread(target);
Thread t3 = new Thread(target);
Thread t4 = new Thread(target);
//7.以多线程的方式启动线程--会将线程由新建状态变为就绪状态
/**1.如果只创建了一个线程对象,是单线程场景,不会出现数据问题*/
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
/**2.多线程中出现数据不安全问题的前提:多线程程序 + 有共享数据(成员变量) +多条语句操作共享数据*/
/**3.同步锁:相当于给容易出现问题的代码加了一把锁,包裹了所有可能会出现问题的代码
* 加锁范围:不能太大,也不能太小,太大,干啥都得排队,导致程序的效率太低,太小,没锁住,会有安全问题*/
//1.自定义售票类,通过实现Runnable接口的方式完成
class SaleTicketsV2 implements Runnable{
//2.定义静态成员变量,用来保存票数
static int tickets = 100;
//9.2创建了一个唯一的"锁"对象,不论之后那个线程进同步代码块,使用的都是o对象,"唯一"很重要
Object o = new Object();
/**6.如果一个方法里的代码都被同步了,可以直接把方法修饰成同步方法,同步方法用的锁对象是this*/
//3.添加未实现方法run()--写业务
@Override
//synchronized public void run() {//被synchronized修饰的方法是同步方法
public void run() {//被synchronized修饰的方法是同步方法
//4.1通过while(true)死循环的方式卖票,注意添加出口!!!
while(true) {
/**4.synchronized(锁对象){}--同步代码块:是指同一时间这一资源会被一个线程独享,大家使用的时候,都得排队,同步效果*/
/**5.锁对象的要求:多线程之间必须使用同一把锁,同步代码块的方式,关于锁对象可以任意定义*/
//9.出现了线程安全问题,所以需要加同步代码块
//9.1这种写法不对,相当于每个线程进来一次new一个锁对象,并不是使用的同一把锁
//synchronized (new Object()) {			
//9.3 使用同步代码块,锁对象是o
synchronized (o) {
//4.2通过if结构判断卖票情况
if(tickets > 0) {//还有票,继续售卖
//8.手动添加休眠方法,创造延迟效果,注意可能会发生问题,需要由try-catch包裹
try {
Thread.sleep(10);//让线程休眠10ms
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//4.3打印当前卖票的线程名以及票数
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + tickets--);
}
//4.4 没票了,退出循环,没的卖了
if(tickets <= 0) break;
}
}
}
}

3.1 悲观锁和乐观锁

同步与异步

  • 前提1:同步需要两个或者两个以上的线程(单线程无需考虑多线程安全问题)
  • 前提2:多个线程间必须使用同一个锁(我上锁后其他人也能看到这个锁,不然我的锁锁不住其他人,就没有了上锁的效果)

快速查找某个类的快捷键:Ctrl+Shift+T

为什么同步代码块的锁对象可以是任意的同一个对象,但是同步方法使用的是this呢?
因为同步代码块可以保证同一个时刻只有一个线程进入
但同步方法不可以保证同一时刻只能有一个线程调用,所以使用本类代指对象this来确保同步

ReentrantReadWriteLock 读写锁(乐观锁,无罪假设)

采用synchronized修饰符实现的同步机制叫做互斥锁机制,它所获得的锁叫做互斥锁。
每个对象都有一个monitor(锁标记),当线程拥有这个锁标记时才能访问这个资源,没有锁标记便进入锁池。任何一个对象系统都会为其创建一个互斥锁,这个锁是为了分配给线程的,防止打断原子操作。每个对象的锁只能分配给一个线程,因此叫做互斥锁。

2 线程创建的其他方式

那怎么"把有可能出现问题的代码都包裹起来"呢?我们可以使用synchronized关键字来实现同步效果
也就是说,当多个对象操作共享数据时,可以使用同步锁解决线程安全问题,被锁住的代码就是同步的

创建包: cn.tedu.thread
创建类: TestSaleTicketsV2.java

1.1 前言

StringBuffer JDK1.0
加了synchronized ,性能相对较低(要排队,同步),安全性高
StringBuilder JDK1.5
去掉了synchronized,性能更高(不排队,异步),存在安全隐患
其他同步异步的例子

1.3.3 特点

ExecutorService:用来存储线程的池子,把新建线程/启动线程/关闭线程的任务都交给池来管理

乐观锁:还是像它的名字一样,对于并发间操作产生的线程安全问题持乐观状态.
乐观锁认为竞争不总是会发生,因此它不需要持有锁,将”比较-替换”这两个动作作为一个原子操作尝试去修改内存中的变量,如果失败则表示发生冲突,那么就应该有相应的重试逻辑。

恭喜你,线程与线程锁的学习可以暂时告一段落啦,接着我们可以继续学习别的内容

1.4 练习-改造售票案例

在多线程程序中 + 有共享数据 + 多条语句操作共享数据

synchronized 互斥锁(悲观锁,有罪假设)

创建包: cn.tedu.thread
创建类:TestSaleTicketsV2.java

本文转自 https://blog.csdn.net/weixin_43884234/article/details/115049704

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