Java多线程 - 线程安全和线程同步解决线程安全问题
线程安全问题
线程安全问题指的是: 多个线程同时操作同一个共享资源的时候可能会出现业务安全问题，称为线程安全问题。
举例: 取钱模型演示
需求：小明和小红是一对夫妻，他们有一个共同的账户，余额是10万元。
如果小明和小红同时来取钱，而且2人都要取钱10万元，可能出现什么问题呢？
在取钱之前都需要判断余额是否足够, 例如两个线程同时执行, 两个线程都进行了余额判断, 发现余额充足;
此时小明线程取走10万, 账户余额为0; 小红线程由于此时已经判断过余额, 继续取钱的时候就不会继续判断余额, 直接将余额取出来; 那么两个人都取走了10万, 银行就亏了10万, 这就是多线程带来的安全问题
线程安全问题模拟, 我们将上面的例子用代码模拟出来多线程的安全隐患:
需求:
小明和小红是一对夫妻，他们有一个共同的账户，余额是10万元，模拟2人同时去取钱10万。
分析:
- 需要提供一个账户类，创建一个账户对象代表2个人的共享账户。
- 需要定义一个线程类，线程类可以处理账户对象。
- 创建2个线程对象，传入同一个账户对象。
- 启动2个线程，去同一个账户对象中取钱10万。
实现步骤:
模拟一个账户类给小明线程和小红线程, 我们模拟关键信息即可
public class Account { private double money; public Account() {} public Account(double money) { this.money = money; } public void drawMoney(double money) { // 获取取钱人的名字 String name = Thread.currentThread().getName(); if (this.money >= money) { // 判断余额是否充足 System.out.println(name + "取走了" + money + "元"); this.money -= money; } else { System.out.println("余额不足"); } } public double getMoney() { return money; } public void setMoney(double money) { this.money = money; }}定义一个线程类用来处理账户对象
public class DrawThread extends Thread { private Account acc; public DrawThread(Account acc, String name) { super(name); this.acc = acc; } @Override public void run() { acc.drawMoney(100000); }}在主类中, 创建2个线程对象，传入同一个账户对象; 启动2个线程，去同一个账户对象中取钱10万
public class ThreadDemo { public static void main(String[] args) throws Exception { // 创建账户对象 Account acc = new Account(100000); // 创建两个子线程, 并启动线程 new DrawThread(acc, "小明").start(); // 小明取走了100000.0元 new DrawThread(acc, "小红").start(); // 小红取走了100000.0元 // 主线程睡眠两秒后, 查看余额 Thread.sleep(2000); System.out.println(acc.getMoney()); // -100000.0 }}线程同步
为了解决上面线程安全的问题。
取钱案例出现问题的原因？
多个线程同时执行，发现账户都是够钱的。
如何才能保证线程安全呢？
让多个线程实现先后依次排队访问共享资源，这样就解决了安全问题
线程同步的核心:
线程同步的核心是加锁，把共享资源进行上锁，每次只能一个线程进入访问完毕以后解锁，然后其他线程才能进来。
加锁的方式有三种方式: 同步代码块, 同步方法和Lock锁, 下面我们来分别学习加锁的方法
方式一: 同步代码块
作用：将出现线程安全问题的核心代码给上锁。
原理：每次只能一个线程进入，执行完毕后自动解锁，其他线程才可以进来执行。
同步代码块上锁的格式:
synchronized(同步锁对象) { // 操作共享资源的代码(核心代码)}例如我们给上面模拟的线程安全例子中的核心代码进行加锁操作:
进行加锁操作就解决了线程安全问题
public class Account { private double money; public Account() {} public Account(double money) { this.money = money; } public void drawMoney(double money) { String name = Thread.currentThread().getName(); // 对核心代码进行加锁, 这里锁对象随便使用了一个字符串模拟(无实际代表意义) synchronized ("chen") { if (this.money >= money) { System.out.println(name + "取走了" + money + "元"); this.money -= money; } else { System.out.println("余额不足"); } } } public double getMoney() { return money; } public void setMoney(double money) { this.money = money; }}锁对象注意:
理论上：锁对象只要对于当前同时执行的线程来说是唯一的一个对象即可。
但是实际上使用任意唯一的锁对象并不好, 会影响其他无关线程的执行, 例如上面例子中, 会将其他无关的账户也锁起来。
锁对象的规范要求:
规范上：建议使用共享资源作为锁对象。
- 对于实例方法中, 建议使用this作为锁对象。
// 加锁, 使用共享资源作为锁对象synchronized (this) {}
- 对于静态方法中, 建议使用字节码（类名.class）对象作为锁对象。
// 加锁, 使用共享资源作为锁对象synchronized (类名.class) {}
方式二: 同步方法
作用: 将出现线程安全问题的核心方法给上锁。
原理：每次只能一个线程进入，执行完毕以后自动解锁，其他线程才可以进来执行。
同步方法的上锁格式:
修饰符 synchronized 返回值类型 方法名称(形参列表) { // 操作共享资源的代码}同步方法上锁演示代码:
// 给核心方法上锁public synchronized void drawMoney(double money) { String name = Thread.currentThread().getName(); if (this.money >= money) { System.out.println(name + "取走了" + money + "元"); this.money -= money; } else { System.out.println("余额不足"); }}同步方法底层原理:
同步方法其实底层也是有隐式锁对象的，只是锁的范围是整个方法代码。
如果方法是实例方法：同步方法默认用this作为的锁对象。但是代码要高度面向对象！
如果方法是静态方法：同步方法默认用类名.class作为的锁对象。
方式三: Lock锁
Lock锁
为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock，更加灵活、方便。
Lock实现提供比使用synchronized方法和语句可以获得更广泛灵活的锁定操作。
Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的
实现类ReentrantLock来构建Lock锁对象。
| 方法名称 | 说明 |
|---|---|
| ReentrantLock() | 获得Lock锁的实现类对象 |
Lock的API:
| 方法名称 | 说明 |
|---|---|
| lock() | 获得锁 |
| unlock() | 释放锁 |
Lock使用演示代码:
基本使用如下, 我们可以看出Lock使用是非常灵活的
public class Account { private double money; // 定义一个示例变量锁对象, 每创建一个类就会创建一个锁对象, 加final修饰, 表示不可替换 private final Lock lock = new ReentrantLock(); public Account() {} public Account(double money) { this.money = money; } public synchronized void drawMoney(double money) { String name = Thread.currentThread().getName(); // 调用锁对象上锁 lock.lock(); if (this.money >= money) { System.out.println(name + "取走了" + money + "元"); this.money -= money; } else { System.out.println("余额不足"); } // 调用锁对象解锁 lock.unlock(); } public double getMoney() { return money; } public void setMoney(double money) { this.money = money; }}但是如果我们上锁和解锁之间的代码出现了异常, 永远都不会执行解锁操作, 所以更严谨的写法是将解锁的操作放到try…finally中, 保证会执行解锁的操作
public synchronized void drawMoney(double money) { String name = Thread.currentThread().getName(); // 调用锁对象上锁 try { lock.lock(); if (this.money >= money) { System.out.println(name + "取走了" + money + "元"); this.money -= money; } else { System.out.println("余额不足"); } } finally { // 调用锁对象解锁 lock.unlock(); }}来源地址：https://blog.csdn.net/m0_71485750/article/details/127660840
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