Java 线程安全与锁

来源：互联网收集：自由互联发布时间：2022-05-20

Java 线程安全与锁多线程内存模型线程私有栈内存每个线程私有的内存区域进程公有堆内存同一个进程共有的内存区域为什么会有线程安全问题？多个线程同时具有对同一资源的

Java 线程安全与锁多线程内存模型

线程私有栈内存
- 每个线程私有的内存区域
进程公有堆内存
- 同一个进程共有的内存区域

为什么会有线程安全问题？

多个线程同时具有对同一资源的操作权限，又发生了同时对该资源进行读取、写入的情况，那么就会出现重复操作的情况

如何解决线程安全问题呢？加锁什么是锁？

锁就是对于操作资源的一种权限

锁可以做什么？

对于一个资源加锁后，每次只能有一个线程对该资源进行操作，当该线程操作结束后，才会解锁。
解锁之后，所有的线程获得竞争此资源的机会。

什么情况下需要加锁?

读读不需要加锁
写写需要加锁
读写需要加锁

加锁的两种方式（synchronized关键字与Lock对象）第一种：synchronized关键字

方法前加synchronized关键字
- 功能：线程进入用synchronized声明的方法时就上锁，方法执行完自动解锁，锁的是当前类的对象
- 调用synchronized声明的方法一定是排队运行的
- 当A线程调用object对象的synchronized声明的X方法时
  - B线程可以调用其他非synchronized声明的方法
  - B线程不能调用其他synchronized声明的非X方法
synchronized锁重入
- 锁重入的概念：自己可以重复获得自己的内部锁。即synchronized声明的方法，可以调用本对象的其他synchronized方法。
- 锁重入支持继承的环境，即子类的synchronized方法也可以调用父类的synchronized方法。
synchronized同步代码块
- synchronized关键字与synchronized代码块的区别
  - synchronized声明的方法是将当前对象作为锁
  - synchronized代码块是将任意对象作为锁
- 当两个线程访问同一个对象的synchronized代码块时，只有一个线程可以得到执行，另一个线程只能等待当前线程执行完才能执行。
  - 一半同步，一半异步
    - 不在synchronized代码块中就是异步执行，在synchronized代码块中就是同步执行

下面对“一半同步，一半异步”进行代码验证

创建项目ltl0002 ,文件Task的代码如下：

package ltl0002;

public class Task {

    public void doTask(){
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("no synchronized ThreadName = " + Thread.currentThread().getName() + " i = " + (i+1));
        }
        synchronized (this){
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                System.out.println("synchronized ThreadName = " + Thread.currentThread().getName() + " i = " + (i+1));
            }
        }
        
    }
}

两个线程类代码

package ltl0002;

public class MyThread1 implements Runnable{

    private Task task = new Task();

    public MyThread1(Task task){
        this.task = task;
    }

    @Override
    public void run() {

        task.doTask();
    }
}

package ltl0002;

public class MyThread2 implements Runnable{

    private Task task = new Task();

    public MyThread2(Task task){
        this.task = task;
    }

    @Override
    public void run() {

        task.doTask();
    }
}

文件Run.java代码如下：

package ltl0002;

public class Run {
    public static void main(String[] args) {
        Task task = new Task();
        MyThread1 myThread1 = new MyThread1(task);
        MyThread2 myThread2 = new MyThread2(task);
        Thread tr1 = new Thread(myThread1);
        Thread tr2 = new Thread(myThread2);
        tr1.start();
        tr2.start();
    }

}

程序运行结果如图所示

进入synchronized代码块之后，排队运行，运行结果如图所示

在第一张图我们可以看到，线程0 和 1交叉输出，说明是异步进行，而在第二张图可以看出线程0运行完之后，线程1才运行，说明它们是同步运行，验证完毕。

现有三个线程，线程一对num进行修改，线程二三对num进行读取，如何可以实现，线程一与线程二三同步执行，而线程二三异步执行呢？
现在创建项目ltl0003进行测试，Number文件代码如下

package ltl0003;
/**
 * @author liTianLu
 * @Date 2022/4/23 15:53
 * @purpose 成员变量有int num,以及get set方法
 */
public class Number {
  private int num;
  private boolean change = false;

  public int getNum() {
    return num;
  }

  public void setNum(int num) {
    this.num = num;
  }
  public boolean isChangeing(){
    return change;
  }

  public void setChange(boolean change) {
    this.change = change;
  }
}

两个线程类的代码如下：

package ltl0003;
/**
 * @author liTianLu
 * @Date 2022/4/23 15:36
 * @purpose 更改num的值
 */
public class MyThread01 implements Runnable{
  static int num = 0;
  Number number;
  public MyThread01(Number num ){
    this.number = num ;
  }
  @Override
  public void run() {
    synchronized (this){
      number.setChange(true);
      for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        number.setNum(num++);
      }
      number.setChange(false);
    }
  }
}

package ltl0003;

import static java.lang.Thread.sleep;
/**
 * @author liTianLu
 * @Date 2022/4/23 15:35
 * @purpose 读取num的值
 */
public class MyThread02 implements Runnable{
  Number number;

  public MyThread02(Number num ){
    this.number = num ;
  }

  @Override
  public void run() {
    for (int i = 0; i < 1000 ; i++) {
      //如果number正在更改,就休眠1ms
      while(number.isChangeing()){
        try {
          sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
      System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"的输出为： num = " + number.getNum());
    }
  }

}

主函数文件Run代码如下：

package ltl0003;
/**
 * @author liTianLu
 * @Date 2022/4/23 15:15
 * @purpose 解决锁问题 线程一对num进行修改，线程二三对num进行读取，此代码要实现：线程一与线程二三同步执行，而线程二三异步执行。
 */
public class Run {
  public static void main(String[] args) {
    Number number = new Number();
    number.setNum(0);
    MyThread01 myThread01 = new MyThread01(number);
    MyThread02 myThread02 = new MyThread02(number);
    Thread tr1 = new Thread(myThread01);
    Thread tr2 = new Thread(myThread02);
    Thread tr3 = new Thread(myThread02);
    tr1.start();
    tr2.start();
    tr3.start();
  }
}

实验结果如图所示

我们发现，线程2/3执行的时候，线程1已经执行完毕，且线程2、3异步进行。

第二种：Lock对象的使用

ReentrantLock类可以达到与synchronized同样的效果。
用法：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock (); 
lock.lock();//加锁
lock.unlock();//解锁
        
//使用try catch finally 可以确保finally 中的代码执行，在finally中解锁
try{
    while(true){
        lock.lock ();
        //操作代码
    }
}catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}finally {
    lock.unlock ();
}

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