java中的线程安全

目录

一、分析线程安全

1.通过实现Runnable接口

2.通过继承Thread类

3.继承Thread类创建线程与实现Runnable接口创建线程的区别

4.线程状态

二、死锁

1.概述：

2.锁嵌套

三、生产者和消费者的线程安全

四、线程池

概述:

应用：

Callable接口

同步、异步在多线程中的体现

---

一、分析线程安全

在多线程中，出现了共享数据，需要加锁处理；锁的注意事项： 1.同一个锁对象 2.锁的范围

实现任务案例:买票系统，5个窗口共卖1000张票；观察卖票过程

1.通过实现Runnable接口

//例如： 窗口1正则卖第1000张票;
//      窗口5正则卖第999张票;
//      窗口3正则卖第998张票;
//      ...
//      窗口3正则卖第1张票;
//分析：创建5个窗口-5个线程    票数-共享数据（安全隐患）
//方式1：实现Runnable方式
//问题1：出现部分重票问题
//原因：共享数据有篡改数据--有隐患；
//解决方案：加锁  锁住共享数据操作;  需要考虑锁的范围
//问题2：出现负数
//原因：临界点判断出现了问题
//处理方案: 在锁里继续判断；大于0才买票
 
//优化升级：买完票应该要有退出的提示，且提示应该是完整的
//使用while(true)循环，表示只有一个出口退出即可
 
//锁的分类：同步代码块   同步方法
class Task implements Runnable{
	private int ticket = 1000;  //1000张票-共享数据 
	@Override
	public void run() {
		while(true) {
			/*  
			//同步代码块方式
			synchronized (this) { //"lock"  静态对象
				if(ticket>0) {
					//Thread.currentThread().getName():实现任务获取的线程名
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在卖第"+ticket+"张票");
					ticket--;
				}else {
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"已经卖完了");
					break;
				}
			}*/
			
			if(save()) {  //同步方法调用
				break;
			}
		}
	}
	//同步方法： 如何确保同一个锁对象？谁调的方法就是哪个对象--this(同一个锁对象)
	private synchronized boolean save() {  
		if(ticket>0) {
			//Thread.currentThread().getName():实现任务获取的线程名
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在卖第"+ticket+"张票");
			ticket--;
			return false; //返回false表示还可继续循环卖票
		}else {
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"已经卖完了");
			return true;  //结束卖票
		}
	}
}
public class Test1 {
	public static void main(String[] args) {
		Task task = new Task();
		for(int i=1;i<=5;i++) {
			new Thread(task,"窗口"+i).start();
		}
	}
}

2.通过继承Thread类

继承案例：

//案例：买票系统，5个窗口共卖1000张票；观察卖票过程：
//方式2：继承Thread方式
//问题1：每new线程对象，都有一份独立的属性--卖了5000张
//处理方案：将属性变为共享数据   属性+static--静态属性值维护一份
//问题2：会出现部分重票问题----原因是this不是同一个锁对象
//解决方案：锁对象变为字符串常量
class MyThread extends Thread{
	private static int ticket = 1000;  //1000张票-共享数据 
	
	public  MyThread(String name) {
		super(name);
	}
	@Override
	public void run() {
		while(true) { 
			//同步代码块方式
			synchronized ("lock") { 
				if(ticket>0) {
					System.out.println(getName()+"正在卖第"+ticket+"张票");
					ticket--;
				}else {
					System.out.println(getName()+"已经卖完了");
					break;
				}
			}
		}
	}
}
public class Test2 {
	public static void main(String[] args) {
		for(int i=1;i<=5;i++) {
			new MyThread("窗口00"+i).start();
		}
	}
}

3.继承Thread类创建线程与实现Runnable接口创建线程的区别

实现任务 VS 继承Thread

实现任务：

里面的属性是共享数据；同步锁可使用this；获取线程名需使用Thread.currentThread().getName()

继承Thread：

属性+static才是共享数据；同步锁不能使用this；获取线程名直接使用getName()

4.线程状态

线程状态---阻塞

基本状态---启动状态 等待状态----sleep，join

阻塞状态：在执行的现在中加锁，进入阻塞状态；其他线程只能等待； 等待释放锁资源后，其他就绪状态线程才能继续执行

二、死锁

1.概述：

加了锁之后，有一个线程进到锁里面没有出来，导致锁资源没有得到释放，其他线程一直等待锁资源的释放，这样就导致了死锁的产生

同步代码块和同步方法都是自动释放锁资源，所以不容易出现死锁；如果需要演示死锁案例；在同步锁中需要进行锁嵌套；

注意：此处只是为了测试死锁，才进行的锁嵌套； 以后使用时尽量避免锁嵌套(避免死锁)

2.锁嵌套

代码解释：当一个线程执行到锁A后，另一个线程进入锁B,导致进入到锁A中的线程一直等待锁B资源的释放，而锁B一直等待锁A资源的释放，A里面有B想要的，B里面有A想要的，但是彼此都是倔脾气谁都不肯低头，谁都等对方道歉还回来资源，导致这是一个死局，这就是死锁产生，所以我们要避免使用锁嵌套，因为容易产生死锁

死锁案例：

/死锁案例：两个线程，各自执行自身的代码
class MyThread extends Thread{
	private boolean a;  //标记判断
	public MyThread(boolean a) {
		this.a = a;
	}
	@Override
	public void run() {
		if(a) {
			synchronized ("A") { //线程1
				System.out.println("进入线程1的A锁");
				synchronized ("B") {
					System.out.println("进入线程1的B锁");
				}
			}
		}else {
			synchronized ("B") { //线程2
				System.out.println("进入线程2的B锁");
				synchronized ("A") {
					System.out.println("进入线程2的A锁");
				}
			}
		}
	}
}
public class Test1 {
	public static void main(String[] args) {
		new MyThread(true).start();  //线程1
		
		new MyThread(false).start(); //线程2
	}
}

三、生产者和消费者的线程安全

生产者和消费者的线程安全模型，代表类很多种应用中的场景； 例如：生活中的生产产品入库；消费产品出库；

生产者和消费者案例:

//案例：生产者消费者线程案例，生产者一直负责生产，消费者一直负责消费
//分析：生产者线程和消费者线程都操作同一个库存(共享数据)
//问题：
//1.会出现还没有等到生产，就已经消费了的情况  
//2.数据混乱:生产者线程数量+1后，直接打印出了消费数据

//处理方案：
//数据混乱--需要加锁来解决
//没有生产提前消费的问题：线程等待的功能，判断件数为0，一直等待，无限期等待，直到发指令
//wait()--等待；  notify--唤醒（唤醒等待）

main方法:

public class Test1 {
	public static void main(String[] args) {
		Store store = new Store();
		//生产者和消费者都操作同一个库存
		new Producter(store).start();
		
		new Customer(store).start();
	}
}

生产者：

public class Producter extends Thread { //生产者线程
	private Store store;
	public Producter(Store store) { //从外面传入库存对象
		this.store = store;
	}
	@Override
	public void run() {
		while(true) {//循环生产
			try {
				store.push();    //生产者负责入库
			} catch (Exception e) {
				e.printStackTrace();
			} 
		}
	}
}

消费者:

public class Customer extends Thread {  //消费者线程
	private Store store;  //消费者操作库存
	public Customer(Store store) {
		this.store = store;
	}
	@Override
	public void run() {
		while(true) { //循环消费
			try {
				store.pop();    //消费者出库
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}  
		}
	}
}

仓库:仓满和仓空由库存决定--在库存中判断

public class Store {
	private int count; //库存数量的标记--共享数据，库存对象只有一个，那么成员也只有一个
	public void push() throws InterruptedException {//负责生产的功能
		synchronized (this) { //this可以表示同一个锁对象
			if(count>=20) {  //仓满则停止生产
				this.wait();  //等待；释放锁资源
			}
			count++;
			System.out.println("已经生产了第"+count+"件货");
			
			this.notify(); //唤醒，唤醒等待的线程(唤醒对方)
		}
	}
	public void pop() throws InterruptedException { //负责消费的功能
		synchronized (this) {
			if(count<=0) {//仓空停止消费
				this.wait();   //等待；释放锁资源
			}
			System.out.println("已经消费了第"+count+"件货");
			count--;
			
			this.notify(); //唤醒，唤醒生产者
		}
	}
}

四、线程池

概述:

线程池：就是装线程的容器，预先在容器中创建指定个数的线程对象；当用户需要时，直接俄从容器中获取；用完了，再回收到线程池中（用完了放回去）

之前创建线程的方式：创建线程对象后，执行完毕则销毁线程对象；如果程序中需要频繁创建线程时，会非常影响性能及消耗内存的资源（用完了就丢）

好处：减少了创建和销毁线程的数目，提升了性能及减少了资源的消耗

线程池的复用机制：线程对象使用完后，重新再回到线程池；可以交给其他用户继续使用

内部实现：创建集合，集合中都是存线程对象；有用户使用，则添加回集合中

应用：

代码解释:指定线程池中两个线程，然后开启了三个任务，两个线程先执行两个任务，谁先执行完就去执行第三个任务

//线程池:
class Task implements Runnable{
	@Override
	public void run() {
		for(int i=1;i<=10;i++) {
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+i);
		}
	}
}
public class Test1 {
	public static void main(String[] args) {
		//在线程池中创建单个线程对象，通过单个线程对象去处理多个任务
		//ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
		//带缓冲区的线程池：有多少个任务，则会产生多少个线程对象的处理
		//ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
		//带复用机制的线程池：指定线程池个数，进行复用
		ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);//（常用）
		es.submit(new Task()); //任务接口Runnable
		es.submit(new Task());
		es.submit(new Task());  //有三个任务，则谁先执行完，再执行第3个--复用
		
		es.shutdown();  //线程池的终止
	}
}

Callable接口

在线程池的执行中，有两个接口表示执行线程任务的接口；Runnable和Callable接口

区别：Callable接口可以带返回值；线程的执行结果需要返回时，可以选择Callable

线程池的执行，通过Runnable接口、 Callable接口来 创建任务 ，而不是继承Thread类

案例:

//需求：使用两个线程并发的执行1~50，51~100的和；并汇总结果
//线程池中有Callable接口，可以带返回结果
public class Test2 {
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
		ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
		Future<Integer> fu1 = es.submit(new Callable<Integer>() {
			@Override
			public Integer call() throws Exception { //线程1
				int sum = 0;
				for(int i=1;i<=50;i++) {
					sum += i;
				}
				return sum;
			}
		});
		Future<Integer> fu2 = es.submit(new Callable<Integer>() {
			@Override
			public Integer call() throws Exception { //线程2
				int sum = 0;
				for(int i=51;i<=100;i++) {
					sum += i;
				}
				return sum;
			}
		});
		int sum = fu1.get()+fu2.get();  //get是阻塞方法--和join类似
		System.out.println("和为："+sum);
		es.shutdown();
	}
}

同步、异步在多线程中的体现

问题：什么是异步？，什么是同步？，在多线程中如何体现的？

异步：多个线程并发执行--随机互抢资源

同步：加了同步锁，只运行一个线程执行

上述案例中，fu1和fu2线程的执行就是异步的；get方法是同步的，等待多线程处理完，才进行汇总； 加锁也是属于同步里面的。