每日一博 | 多线程安全问题原理和 4 种解决办法-低调大师

每日一博 | 多线程安全问题原理和 4 种解决办法

2022-12-18 357

摘要：多线程访问了共享的数据,会产生线程安全问题。

本文分享自华为云社区《多线程安全问题原理和解决办法Synchronized和ReentrantLock使用与区别》，作者：共饮一杯无。

线程安全问题概述

卖票问题分析

单窗口卖票

一个窗口(单线程)卖100张票没有问题
单线程程序是不会出现线程安全问题的

多个窗口卖不同的票

3个窗口一起卖票,卖的票不同,也不会出现问题
多线程程序,没有访问共享数据,不会产生问题

多个窗口卖相同的票

3个窗口卖的票是一样的,就会出现安全问题
多线程访问了共享的数据,会产生线程安全问题

线程安全问题代码实现

模拟卖票案例

创建3个线程,同时开启,对共享的票进行出售

public class Demo01Ticket {
 public static void main(String[] args) {
 //创建Runnable接口的实现类对象
 RunnableImpl run = new RunnableImpl();
 //创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
 Thread t0 = new Thread(run);
 Thread t1 = new Thread(run);
 Thread t2 = new Thread(run);
 //调用start方法开启多线程
        t0.start();
        t1.start();
        t2.start();
 }
}
public class RunnableImpl implements Runnable{
 //定义一个多个线程共享的票源
 private int ticket = 100;
 //设置线程任务:卖票
 @Override
 public void run() {
 //使用死循环,让卖票操作重复执行
 while(true){
 //先判断票是否存在
 if(ticket>0){
 //提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
 try {
 Thread.sleep(10);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 //票存在,卖票 ticket--
 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
                ticket--;
 }
 }
 }
}

线程安全问题原理分析

线程安全问题产生原理图

分析：线程安全问题正常是不允许产生的,我们可以让一个线程在访问共享数据的时候,无论是否失去了cpu的执行权;让其他的线程只能等待,等待当前线程卖完票,其他线程在进行卖票。

解决线程安全问题办法1-synchronized同步代码块

同步代码块：synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。

使用synchronized同步代码块格式:

synchronized(锁对象){
可能会出现线程安全问题的代码(访问了共享数据的代码)
}

代码实现如下：

public class Demo01Ticket {
 public static void main(String[] args) {
 //创建Runnable接口的实现类对象
 RunnableImpl run = new RunnableImpl();
 //创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
 Thread t0 = new Thread(run);
 Thread t1 = new Thread(run);
 Thread t2 = new Thread(run);
 //调用start方法开启多线程
        t0.start();
        t1.start();
        t2.start();
 }
}
public class RunnableImpl implements Runnable{
 //定义一个多个线程共享的票源
 private int ticket = 100;
 //创建一个锁对象
 Object obj = new Object();
 //设置线程任务:卖票
 @Override
 public void run() {
 //使用死循环,让卖票操作重复执行
 while(true){
 //同步代码块
 synchronized (obj){
 //先判断票是否存在
 if(ticket>0){
 //提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
 try {
 Thread.sleep(10);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 //票存在,卖票 ticket--
 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
                    ticket--;
 }
 }
 }
 }
}

⚠️注意:

代码块中的锁对象,可以使用任意的对象。
但是必须保证多个线程使用的锁对象是同一个。
锁对象作用：把同步代码块锁住,只让一个线程在同步代码块中执行。

同步技术原理分析

同步技术原理：

使用了一个锁对象,这个锁对象叫同步锁,也叫对象锁,也叫对象监视器

3个线程一起抢夺cpu的执行权,谁抢到了谁执行run方法进行卖票。

t0抢到了cpu的执行权,执行run方法,遇到synchronized代码块这时t0会检查synchronized代码块是否有锁对象

发现有,就会获取到锁对象,进入到同步中执行

t1抢到了cpu的执行权,执行run方法,遇到synchronized代码块这时t1会检查synchronized代码块是否有锁对象

发现没有,t1就会进入到阻塞状态，会一直等待t0线程归还锁对象，t0线程执行完同步中的代码,会把锁对象归还给同步代码块t1才能获取到锁对象进入到同步中执行

总结:同步中的线程,没有执行完毕不会释放锁,同步外的线程没有锁进不去同步。

解决线程安全问题办法2-synchronized普通同步方法

同步方法: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。

格式：

public synchronized void payTicket(){
可能会出现线程安全问题的代码(访问了共享数据的代码)
}

代码实现：

 public /**synchronized*/ void payTicket(){
 synchronized (this){
 //先判断票是否存在
 if(ticket>0){
 //提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
 try {
 Thread.sleep(10);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 //票存在,卖票 ticket--
 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
                ticket--;
 }
 }
 }

分析：

定义一个同步方法，同步方法也会把方法内部的代码锁住，只让一个线程执行。

同步方法的锁对象是谁?

就是实现类对象 new RunnableImpl()，也是就是this，所以同步方法是锁定的this对象。

解决线程安全问题办法3-synchronized静态同步方法

同步方法: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。对于static方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。
格式：

public static synchronized void payTicket(){
可能会出现线程安全问题的代码(访问了共享数据的代码)
}

代码实现：

 public static /**synchronized*/ void payTicketStatic(){
 synchronized (RunnableImpl.class){
 //先判断票是否存在
 if(ticket>0){
 //提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
 try {
 Thread.sleep(10);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 //票存在,卖票 ticket--
 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->正在卖第"+ticket+"张票");
                ticket--;
 }
 }
 }

分析：

静态的同步方法锁对象是谁?

不能是this,this是创建对象之后产生的,静态方法优先于对象

静态方法的锁对象是本类的class属性–>class文件对象(反射)。

解决线程安全问题办法4-Lock锁

Lock接口中的方法:

public void lock() :加同步锁。
public void unlock() :释放同步锁

使用步骤:

在成员位置创建一个ReentrantLock对象
在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁
在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁

代码实现：

public class RunnableImpl implements Runnable{
 //定义一个多个线程共享的票源
 private int ticket = 100;
 //1.在成员位置创建一个ReentrantLock对象
 Lock l = new ReentrantLock();
 //设置线程任务:卖票
 @Override
 public void run() {
 //使用死循环,让卖票操作重复执行
 while(true){
 //2.在可能会出现安全问题的代码前调用Lock接口中的方法lock获取锁
 l.lock();
 try {
 //先判断票是否存在
 if(ticket>0) {
 //提高安全问题出现的概率,让程序睡眠
 Thread.sleep(10);
 //票存在,卖票 ticket--
 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->正在卖第" + ticket + "张票");
                    ticket--;
 }
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }finally {
 l.unlock();
 //3.在可能会出现安全问题的代码后调用Lock接口中的方法unlock释放锁
 //无论程序是否异常,都会把锁释放
 }
 }
 }

分析：

java.util.concurrent.locks.Lock接口

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。相比Synchronized，ReentrantLock类提供了一些高级功能，主要有以下3项：

1.等待可中断，持有锁的线程长期不释放的时候，正在等待的线程可以选择放弃等待，这相当于Synchronized来说可以避免出现死锁的情况。通过lock.lockInterruptibly()来实现这个机制。

2.公平锁，多个线程等待同一个锁时，必须按照申请锁的时间顺序获得锁，Synchronized锁非公平锁，ReentrantLock默认的构造函数是创建的非公平锁，可以通过参数true设为公平锁，但公平锁表现的性能不是很好。

公平锁、非公平锁的创建方式：

//创建一个非公平锁，默认是非公平锁
Lock lock = new ReentrantLock();
Lock lock = new ReentrantLock(false);
 //创建一个公平锁，构造传参true
Lock lock = new ReentrantLock(true);

3.锁绑定多个条件，一个ReentrantLock对象可以同时绑定多个对象。ReenTrantLock提供了一个Condition（条件）类，用来实现分组唤醒需要唤醒的线程们，而不是像synchronized要么随机唤醒一个线程要么唤醒全部线程。

ReentrantLock和Synchronized的区别

相同点：

它们都是加锁方式同步；
都是重入锁；
阻塞式的同步；也就是说当如果一个线程获得了对象锁，进入了同步块，其他访问该同步块的线程都必须阻塞在同步块外面等待，而进行线程阻塞和唤醒的代价是比较高的（操作系统需要在用户态与内核态之间来回切换，代价很高，不过可以通过对锁优化进行改善）；

不同点：

点击关注，第一时间了解华为云新鲜技术~

微信关注我们

原文链接：https://my.oschina.net/u/4526289/blog/5609331

转载内容版权归作者及来源网站所有！

低调大师中文资讯倾力打造互联网数据资讯、行业资源、电子商务、移动互联网、网络营销平台。持续更新报道IT业界、互联网、市场资讯、驱动更新,是最及时权威的产业资讯及硬件资讯报道平台。

Rust 1.66.0 发布

Rust 团队于近日发布了 Rust 1.66.0 新版本，1.66.0 稳定版中的主要更新内容如下：对有字段的枚举进行显式判别有整数表示的枚举现在可以使用显式判别，即使它们有字段。 #[repr(u8)] enum Foo { A(u8), B(i8), C(bool) = 42, } 以前，你可以在有表示的枚举上使用显式判别，但是只有在它们的变体都没有字段的情况下。当跨越语言边界传递值时，显式判别很有用，因为枚举的表示需要在两种语言中匹配。 core::hint::black_box 在对编译器产生的机器代码进行基准测试或检查时，防止优化在某些地方发生往往是有用的。在下面的例子中，函数push_cap在一个循环中执行了Vec::push4 次。 fn push_cap(v: &mut Vec<i32>) { for i in 0..4 { v.push(i); } } pub fn bench_push() -> Duration { let mut v = Vec::with_capacity(4); let...

2022-12-18

322

Heimdall 是一款专门为 MySQL 设计的命令行导入导出工具，使用它，你可以通过写 SQL 的方式，将查询结果直接导出 xlsx、csv、markdown、html、json、yaml、xml、sql 等格式的文件，也可以将 xlsx 和 csv 格式的文件导入到数据库表中。命令行选项 heimdall支持以下命令 import(别名load) 将 xlsx 或者 csv 文件导入到数据库表中 export(别名query) 将 SQL 查询结果导出到各种格式的文件 import/load 使用import/load命令，你可以从 xlsx 或者 csv 文件导入数据库到数据表中。支持以下命令行选项： --host value,-H valueMySQL host (default: "127.0.0.1") --port value,-P valueMySQL port (default: 3306) --user value,-u valueMySQL user (default: "root") --password value,-p valueMySQL passwo...

2022-12-18

790

资源下载

更多资源

Mario

马里奥是站在游戏界顶峰的超人气多面角色。马里奥靠吃蘑菇成长，特征是大鼻子、头戴帽子、身穿背带裤，还留着胡子。与他的双胞胎兄弟路易基一起，长年担任任天堂的招牌角色。

腾讯云软件源

为解决软件依赖安装时官方源访问速度慢的问题，腾讯云为一些软件搭建了缓存服务。您可以通过使用腾讯云软件源站来提升依赖包的安装速度。为了方便用户自由搭建服务架构，目前腾讯云软件源站支持公网访问和内网访问。

Sublime Text

Sublime Text具有漂亮的用户界面和强大的功能，例如代码缩略图，Python的插件，代码段等。还可自定义键绑定，菜单和工具栏。Sublime Text 的主要功能包括：拼写检查，书签，完整的 Python API ， Goto 功能，即时项目切换，多选择，多窗口等等。Sublime Text 是一个跨平台的编辑器，同时支持Windows、Linux、Mac OS X等操作系统。

WebStorm

WebStorm 是jetbrains公司旗下一款JavaScript 开发工具。目前已经被广大中国JS开发者誉为“Web前端开发神器”、“最强大的HTML5编辑器”、“最智能的JavaScript IDE”等。与IntelliJ IDEA同源，继承了IntelliJ IDEA强大的JS部分的功能。