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Java中的線程安全問(wèn)題詳細(xì)解析

更新時(shí)間：2023年11月17日 10:16:58 作者：牧碼ya

這篇文章主要介紹了Java中的線程安全問(wèn)題詳細(xì)解析,線程安全是如果有多個(gè)線程在同時(shí)運(yùn)行,而這些線程可能會(huì)同時(shí)運(yùn)行這段代碼,程序每次運(yùn)行結(jié)果和單線程運(yùn)行的結(jié)果是一樣的,而且其他的變量的值也和預(yù)期的是一樣的,此時(shí)我們就稱之為是線程安全的,需要的朋友可以參考下

線程安全

線程安全：如果有多個(gè)線程在同時(shí)運(yùn)行，而這些線程可能會(huì)同時(shí)運(yùn)行這段代碼。程序每次運(yùn)行結(jié)果和單線程運(yùn)行的結(jié)果是一樣的，而且其他的變量的值也和預(yù)期的是一樣的，此時(shí)我們就稱之為是線程安全的。

我們通過(guò)一個(gè)案例，演示線程的安全問(wèn)題：

電影院賣票，使用了A、B、C三個(gè)窗口進(jìn)行賣票，電影票總數(shù)為100張

采用線程對(duì)象來(lái)模擬賣票窗口A、B、C；使用Runnable接口的子類來(lái)模擬買的電影票

模擬電影票：

public class Ticket implements Runnable{
    // 在成員位置 定義票的總數(shù)100
    int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        // 模擬買票窗口
        // 買票窗口永遠(yuǎn)開啟
        while (true){
            // 判斷是否還有票可以賣
            if(ticket > 0){
                // 使用sleep增加“程序的時(shí)間”--每張票賣50ms
                try {
                    Thread.sleep(50);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 獲得線程名稱 即買票窗口名稱
                String name = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println(name + "賣掉第" + ticket-- + "票");
            }
        }
    }
}

模擬買票：

/**
 * 模擬買票操作
 *    假設(shè)一場(chǎng)電影有100張票
 *    三個(gè)窗口同時(shí)買票
 *
 *    窗口  線程對(duì)象
 *    買票  線程任務(wù) 實(shí)現(xiàn)runnable接口
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建買票任務(wù)對(duì)象
        Ticket ticket = new Ticket();

        // 創(chuàng)建三個(gè)窗口
        Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口A");
        Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口B");
        Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口C");

        // 開啟線程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

窗口A賣掉第100張票
窗口C賣掉第98張票
窗口B賣掉第99張票
窗口A賣掉第97張票
窗口B賣掉第95張票
窗口C賣掉第96張票
窗口C賣掉第94張票 ⇐
窗口B賣掉第94張票 ⇐
窗口A賣掉第94張票 ⇐
...
窗口C賣掉第1張票
窗口A賣掉第0張票
窗口B賣掉第-1張票 ⇐

發(fā)現(xiàn)程序出現(xiàn)了兩個(gè)問(wèn)題：

1. 相同的票數(shù)被賣了多次，如第94張被三個(gè)窗口都賣了

2. 賣出了不存在的票，如窗口B賣掉了第-1張票

此時(shí)，幾個(gè)窗口(線程)票數(shù)不同步了，這種問(wèn)題稱為線程不安全。

線程安全問(wèn)題都是有全局變量即靜態(tài)變量引起的。若每個(gè)線程中對(duì)全局變量、靜態(tài)變量只有讀操作，而無(wú)寫操作。一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)全局變量是線程安全的；若有多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行寫操作，一般都需要考慮線程同步，否則的話就可能影響線程安全

線程同步

當(dāng)我們使用多個(gè)線程訪問(wèn)同一資源的時(shí)候，且多個(gè)線程中對(duì)資源有些的操作，就容易出現(xiàn)線程安全問(wèn)題

要解決上述多想成并發(fā)訪問(wèn)一個(gè)資源的安全性問(wèn)題：也就是解決重復(fù)賣同一張票和賣不存在的票問(wèn)題，Java中提供了同步機(jī)制(synchronized)來(lái)解決

根據(jù)案例簡(jiǎn)述：

窗口A線程進(jìn)入操作(買票)的時(shí)候，窗口B和窗口C線程只能在外等著，窗口A操作結(jié)束，窗口A、窗口B和窗口C(CPU分配內(nèi)存是隨機(jī)的，所以還有可能是窗口A進(jìn)入)才有機(jī)會(huì)進(jìn)入代碼去執(zhí)行。

也就是說(shuō)，在某個(gè)線程修改共享資源的時(shí)候，其他線程不能修改該資源，等待修改完畢同步之后，才能去搶奪CPU資源，完成對(duì)應(yīng)的操作，保證了數(shù)據(jù)的同步性，解決了線程不安全的現(xiàn)象。

為了保證每個(gè)線程都能正常執(zhí)行原子操作，Java引入了線程同步機(jī)制。

有三種方式完成同步操作：

1. 同步代碼塊

2. 同步方法

3. 鎖機(jī)制

同步代碼塊

同步代碼塊：synchronized 關(guān)鍵字可以用于方法中的某個(gè)區(qū)塊中，表示只對(duì)這個(gè)區(qū)塊的資源實(shí)行互斥訪問(wèn)。

格式：

synchronized(同步鎖){
    // 需要同步的操作的代碼
}

同步鎖：

對(duì)象的同步鎖只是一個(gè)概念，可以想象為在對(duì)象上標(biāo)記了一個(gè)鎖。

1. 鎖對(duì)象可以是任意類型

2. 多個(gè)線程對(duì)象要使用同一把鎖

注意：在任何時(shí)候，最多允許一個(gè)線程擁有同步鎖，誰(shuí)拿到就進(jìn)入代碼塊，其他的線程只能在外等著

使用同步代碼塊解決賣票問(wèn)題：

/**
 * synchronized(鎖對(duì)象){
 *
 * }
 * 1. 鎖對(duì)象可以是任意類型
 * 2. 互斥線程需要使用同一把鎖
 */
public class Ticket implements Runnable{
    // 在成員位置 定義票的總數(shù)100
    int ticket = 100;

    Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {
        // 模擬買票窗口
        // 買票窗口永遠(yuǎn)開啟
        while (true){
            // 同步鎖
            synchronized (obj){
                // 判斷是否還有票可以賣
                if(ticket > 0){
                    // 使用sleep增加“程序的時(shí)間”--每張票賣50ms
                    try {
                        Thread.sleep(50);
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    // 獲得線程名稱 即買票窗口名稱
                    String name = Thread.currentThread().getName();
                    System.out.println(name + "賣掉第" + ticket-- + "票");
                }
            }

        }
    }
}

執(zhí)行結(jié)果：