Java：并发笔记-02

说明：这是看了 bilibili 上 黑马程序员 的课程 java并发编程后做的笔记

3. 共享模型之管程-1

本章内容-1

共享问题
synchronized
线程安全分析

3.1 共享带来的问题

小故事

老王（操作系统）有一个功能强大的算盘（CPU），现在想把它租出去，赚一点外快
小南、小女（线程）来使用这个算盘来进行一些计算，并按照时间给老王支付费用
但小南不能一天24小时使用算盘，他经常要小憩一会（sleep），又或是去吃饭上厕所（阻塞IO操作），有时还需要一根烟，没烟时思路全无（wait）这些情况统称为（阻塞）
在这些时候，算盘没利用起来（不能收钱了），老王觉得有点不划算
另外，小女也想用用算盘，如果总是小南占着算盘，让小女觉得不公平
于是，老王灵机一动，想了个办法 [ 让他们每人用一会，轮流使用算盘 ]
这样，当小南阻塞的时候，算盘可以分给小女使用，不会浪费，反之亦然
最近执行的计算比较复杂，需要存储一些中间结果，而学生们的脑容量（工作内存）不够，所以老王申请了一个笔记本（主存），把一些中间结果先记在本上
计算流程是这样的
但是由于分时系统，有一天还是发生了事故
小南刚读取了初始值 0 做了个 +1 运算，还没来得及写回结果
老王说 [ 小南，你的时间到了，该别人了，记住结果走吧 ]，于是小南念叨着 [ 结果是1，结果是1...] 不甘心地到一边待着去了（上下文切换）
老王说 [ 小女，该你了 ]，小女看到了笔记本上还写着 0 做了一个 -1 运算，将结果 -1 写入笔记本
这时小女的时间也用完了，老王又叫醒了小南：[小南，把你上次的题目算完吧]，小南将他脑海中的结果 1 写入了笔记本
小南和小女都觉得自己没做错，但笔记本里的结果是 1 而不是 0

Java 的体现

两个线程对初始值为 0 的静态变量一个做自增，一个做自减，各做 5000 次，结果是 0 吗？

static int counter = 0;

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

    Thread t1 = new Thread(() -> {

        for (int i = 0; i < 5000; i++) {

            counter++;

        }

    }, "t1");

    Thread t2 = new Thread(() -> {

        for (int i = 0; i < 5000; i++) {

            counter--;

        }

    }, "t2");

    t1.start();

    t2.start();

    t1.join();

    t2.join();

    LoggerUtils.LOGGER.debug("{}",counter);

}

问题分析

以上的结果可能是正数、负数、零。为什么呢？因为 Java 中对静态变量的自增，自减并不是原子操作，要彻底理解，必须从字节码来进行分析

例如对于 i++ 而言（i 为静态变量），实际会产生如下的 JVM 字节码指令：

getstatic i 	// 获取静态变量i的值

iconst_1 		// 准备常量1

iadd 			// 自增

putstatic i 	// 将修改后的值存入静态变量i

而对应 i-- 也是类似：

getstatic i 	// 获取静态变量i的值

iconst_1 		// 准备常量1

isub 			// 自减

putstatic i 	// 将修改后的值存入静态变量i

而 Java 的内存模型如下，完成静态变量的自增，自减需要在主存和工作内存中进行数据交换：

如果是单线程以上 8 行代码是顺序执行（不会交错）没有问题：

但多线程下这 8 行代码可能交错运行：

出现负数的情况：

出现正数的情况：

临界区 Critical Section

一个程序运行多个线程本身是没有问题的
问题出在多个线程访问共享资源
- 多个线程读共享资源其实也没有问题
- 在多个线程对共享资源读写操作时发生指令交错，就会出现问题
一段代码块内如果存在对共享资源的多线程读写操作，称这段代码块为临界区

例如，下面代码中的临界区

static int counter = 0;

static void increment(){

    counter ++;

}

static void decrement(){

    counter --;

}

竞态条件 Race Condition

多个线程在临界区内执行，由于代码的执行序列不同而导致结果无法预测，称之为发生了竞态条件

3.2 synchronized 解决方案

互斥

为了避免临界区的竞态条件发生，有多种手段可以达到目的。

阻塞式的解决方案：synchronized，Lock
非阻塞式的解决方案：原子变量

本次课使用阻塞式的解决方案：synchronized，来解决上述问题，即俗称的【对象锁】，它采用互斥的方式让同一时刻至多只有一个线程能持有【对象锁】，其它线程再想获取这个【对象锁】时就会阻塞住。这样就能保证拥有锁的线程可以安全的执行临界区内的代码，不用担心线程上下文切换.

注意：

虽然 Java 中互斥和同步都可以采用 synchronized 关键字来完成，但它们还是有区别的：

互斥是保证临界区的竞态条件发生，同一时刻只能有一个线程执行临界区代码

同步是由于线程执行的先后、顺序不同、需要一个线程等待其它线程运行到某个点

synchronized

语法：

synchronized(对象){  // 线程1，线程2（blocked）

    // 临界区

}

解决：

static int counter = 0;

static final Object room = new Object();

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

    Thread t1 = new Thread(() -> {

        for (int i = 0; i < 5000; i++) {

            synchronized (room) {

                counter++;

            }

        }

    }, "t1");

    Thread t2 = new Thread(() -> {

        for (int i = 0; i < 5000; i++) {

            synchronized (room) {

                counter--;

            }

        }

    }, "t2");

    t1.start();

    t2.start();

    t1.join();

    t2.join();

    LoggerUtils.LOGGER.debug("{}",counter);

}

你可以做这样的类比：

synchronized(对象) 中的对象，可以想象为一个房间（room），有唯一入口（门）房间只能一次进入一人进行计算，线程 t1，t2 想象成两个人
当线程 t1 执行到 synchronized(room) 时就好比 t1 进入了这个房间，并锁住了门拿走了钥匙，在门内执行count++ 代码
这时候如果 t2 也运行到了 synchronized(room) 时，它发现门被锁住了，只能在门外等待，发生了上下文切换，阻塞住了
这中间即使 t1 的 cpu 时间片不幸用完，被踢出了门外（不要错误理解为锁住了对象就能一直执行下去哦），这时门还是锁住的，t1 仍拿着钥匙，t2 线程还在阻塞状态进不来，只有下次轮到 t1 自己再次获得时间片时才能开门进入
当 t1 执行完 synchronized{} 块内的代码，这时候才会从 obj 房间出来并解开门上的锁，唤醒 t2 线程把钥匙给他。t2 线程这时才可以进入 obj 房间，锁住了门拿上钥匙，执行它的 count-- 代码

用图来表示：

思考：

synchronized 实际是用对象锁保证了临界区内代码的原子性，临界区内的代码对外是不可分割的，不会被线程切换所打断。

为了加深理解，请思考下面的问题

如果把 synchronized(obj) 放在 for 循环的外面，如何理解？答：锁住的代码更多了，体现了原子性
如果 t1 synchronized(obj1) 而 t2 synchronized(obj2) 会怎样运作？答：锁对象不同，并不能达到互斥效果，体现了锁对象
如果 t1 synchronized(obj) 而 t2 没有加会怎么样？如何理解？答：并不能达到互斥效果，t2 不需要遵守锁的规则，体现了锁对象锁对象

面向对象改进

把需要保护的共享变量放入一个类

public class Test {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Room room = new Room();

        Thread t1 = new Thread(()->{

            for (int i = 0; i < 5000; i++) {

                room.increment();

            }

        }, "t1");

        Thread t2 = new Thread(()->{

            for (int j = 0; j < 5000; j++) {

                room.decrement();

            }

        }, "t2");

        t1.start();

        t2.start();

        t1.join();

        t2.join();

        LoggerUtils.LOGGER.debug("count:{}", room.get());

    }

}

class Room{

    int value = 0;

    public void increment(){

        synchronized (this){

            value++;

        }

    }

    public void decrement(){

        synchronized (this){

            value--;

        }

    }

    public int get(){

        synchronized (this){

            return value;

        }

    }

}

3.3 方法上的 synchronized

锁住对象——对象锁

class Test{

	public synchronized void test(){

    }

}

// 等价于

class Test{

    public void test(){

        synchronized(this){

        }

    }

}

锁住类对象——类锁

class Test{

    public synchronized static void test(){

    }

}

// 等价于

class Test{

    public static void test(){

        synchronized(Test.class){

        }

    }

}

不加 synchronized 的方法

不加 synchronzied 的方法就好比不遵守规则的人，不去老实排队（好比翻窗户进去的）

所谓的“线程八锁”

其实就是考察 synchronized 锁住的是哪个对象

情况1：先输出1再输出2 / 先输出2再输出1

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        Number n1 = new Number();

        LoggerUtils.LOGGER.debug("main start");

        new Thread(()-> n1.a()).start();

        new Thread(()-> n1.b()).start();

    }

}

class Number{

    public synchronized void a(){

        LoggerUtils.LOGGER.debug("1");

    }

    public synchronized void b(){

        LoggerUtils.LOGGER.debug("2");

    }

}

情况2：先过1s然后输出1再输出2 / 先输出2经过1s后再输出1

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        Number n1 = new Number();

        LoggerUtils.LOGGER.debug("main start");

        new Thread(()-> n1.a()).start();

        new Thread(()-> n1.b()).start();

    }

}

class Number{

    public synchronized void a(){

        Sleeper.sleep(1);

        LoggerUtils.LOGGER.debug("1");

    }

    public synchronized void b(){

        LoggerUtils.LOGGER.debug("2");

    }

}

情况3：一切皆有可能，就是在输出1之前都需要等待1s

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        Number n1 = new Number();

        LoggerUtils.LOGGER.debug("main start");

        new Thread(()-> n1.a()).start();

        new Thread(()-> n1.b()).start();

        new Thread(()-> n1.c()).start();

    }

}

class Number{

    public synchronized void a(){

        Sleeper.sleep(1);

        LoggerUtils.LOGGER.debug("1");

    }

    public synchronized void b(){

        LoggerUtils.LOGGER.debug("2");

    }

    public void c(){

        LoggerUtils.LOGGER.debug("3");

    }

}

情况4：锁不同，先输出2，经过1s后输出1

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        Number n1 = new Number();

        Number n2 = new Number();

        LoggerUtils.LOGGER.debug("main start");

        new Thread(()-> n1.a()).start();

        new Thread(()-> n2.b()).start();

    }

}

class Number{

    public synchronized void a(){

        Sleeper.sleep(1);

        LoggerUtils.LOGGER.debug("1");

    }

    public synchronized void b(){

        LoggerUtils.LOGGER.debug("2");

    }

}

情况5：锁不同（一个类锁一个对象锁），先输出2，经过1s后输出1

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        Number n1 = new Number();

        LoggerUtils.LOGGER.debug("main start");

        new Thread(()-> n1.a()).start();

        new Thread(()-> n1.b()).start();

    }

}

class Number{

    public static synchronized void a(){  // 类锁

        Sleeper.sleep(1);

        LoggerUtils.LOGGER.debug("1");

    }

    public synchronized void b(){  // 对象锁

        LoggerUtils.LOGGER.debug("2");

    }

}

情况6：先过1s输出1，然后再输出2 / 先输出2，过1s后再输出1

public class Test04 {

    public static void main(String[] args) {

        Number n1 = new Number();

        LoggerUtils.LOGGER.debug("main start");

        new Thread(()-> n1.a()).start();

        new Thread(()-> n1.b()).start();

    }

}

class Number{

    public static synchronized void a(){

        Sleeper.sleep(1);

        LoggerUtils.LOGGER.debug("1");

    }

    public static synchronized void b(){

        LoggerUtils.LOGGER.debug("2");

    }

}

情况7：先输出2，经过1s后输出1

public class Test04 {

    public static void main(String[] args) {

        Number n1 = new Number();

        Number n2 = new Number();

        LoggerUtils.LOGGER.debug("main start");

        new Thread(()-> n1.a()).start();

        new Thread(()-> n2.b()).start();

    }

}

class Number{

    public static synchronized void a(){

        Sleeper.sleep(1);

        LoggerUtils.LOGGER.debug("1");

    }

    public synchronized void b(){

        LoggerUtils.LOGGER.debug("2");

    }

}

情况8：先过1s输出1，然后再输出2 / 先输出2，过1s后再输出1

public class Test04 {

    public static void main(String[] args) {

        Number n1 = new Number();

        Number n2 = new Number();

        LoggerUtils.LOGGER.debug("main start");

        new Thread(()-> n1.a()).start();

        new Thread(()-> n2.b()).start();

    }

}

class Number{

    public static synchronized void a(){

        Sleeper.sleep(1);

        LoggerUtils.LOGGER.debug("1");

    }

    public static synchronized void b(){

        LoggerUtils.LOGGER.debug("2");

    }

}

3.4 变量的线程安全分析

成员变量和静态变量是否线程安全？

如果它们没有共享，则线程安全
如果它们被共享了，根据它们的状态是否能够改变，又分两种情况
- 如果只有读操作，则线程安全
- 如果有读写操作，则这段代码是临界区，需要考虑线程安全

局部变量是否线程安全？

局部变量是线程安全的
但局部变量引用的对象则未必
- 如果该对象没有逃离方法的作用范围，它是线程安全的
- 如果该对象逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全

局部变量线程安全分析

public static void test1(){

    int i = 10;

    i++;

}

每个线程调用 test1() 方法时局部变量 i，会在每个线程的栈帧内存中被创建多份，因此不存在共享

public static void test1();

	descriptor: ()V

	flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC

    Code:

    	stack=1, locals=1, args_size=0

            0: bipush 10

            2: istore_0

            3: iinc 0, 1

            6: return

        LineNumberTable:

            line 10: 0

            line 11: 3

            line 12: 6

    	LocalVariableTable:

    	Start Length Slot Name Signature

    		3      4    0    i         I

如图：

局部变量的引用稍有不同

先看一个成员变量的例子

public class Test {

    static final int THREAD_NUMBER=2;

    static final int LOOP_NUMBER=200;

    public static void main(String[] args) {

        ThreadUnsafe threadUnsafe = new ThreadUnsafe();

        for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {

            new Thread(()->{

                threadUnsafe.method1(LOOP_NUMBER);

            }, "Thread"+i).start();

        }

    }

}

class ThreadUnsafe{

    ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

    public void method1(int loopNumber){

        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {

            method2(list);

            method3(list);

        }

    }

    private void method2(ArrayList<String> list){

        list.add("1");

    }

    private void method3(ArrayList<String> list){

        list.remove(0);

    }

}

其中一种情况是，如果线程2 还未 add，线程1 remove 就会报错：

Exception in thread "Thread1" Exception in thread "Thread0" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: -1

	at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:463)

	at cn.xyc.n4.ThreadUnsafe.method2(Test05.java:31)

	at cn.xyc.n4.ThreadUnsafe.method1(Test05.java:25)

	at cn.xyc.n4.Test05.lambda$main$0(Test05.java:14)

	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

分析：

无论哪个线程中的 method2 引用的都是同一个对象中的 list 成员变量
method3 与 method2 分析相同

将 list 修改为局部变量

class Threadsafe{

    public void method1(int loopNumber){

        // 将list修改为局部变量

        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {

            method2(list);

            method3(list);

        }

    }

    private void method2(ArrayList<String> list){

        list.add("1");

    }

    private void method3(ArrayList<String> list){

        list.remove(0);

    }

}

那么就不会有上述问题了

分析：

list 是局部变量，每个线程调用时会创建其不同实例，没有共享
而 method2 的参数是从 method1 中传递过来的，与 method1 中引用同一个对象
method3 的参数分析与 method2 相同

方法访问修饰符带来的思考，如果把 method2 和 method3 的方法修改为 public 会不会代理线程安全问题？

情况1：有其它线程调用 method2 和 method3——无问题；

情况2：在情况1 的基础上，为 ThreadSafe 类添加子类，子类覆盖 method2 或 method3 方法，即

public class Test05 {

    static final int THREAD_NUMBER=2;

    static final int LOOP_NUMBER=200;

    public static void main(String[] args) {

        ThreadSafe threadUnsafe = new ThreadSafeSubClass();

        for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {

            new Thread(()->{

                threadUnsafe.method1(LOOP_NUMBER);

            }, "Thread"+i).start();

        }

    }

}

class ThreadSafe{

    public void method1(int loopNumber){

        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {

            method2(list);

            method3(list);

        }

    }

    public void method2(ArrayList<String> list){

        list.add("1");

    }

    public void method3(ArrayList<String> list){

        list.remove(0);

    }

}

class ThreadSafeSubClass extends ThreadUnsafe{

    @Override

    public void method3(ArrayList<String> list) {

        // 子类和父类共享资源了

        // 局部变量的引用被暴露了

        new Thread(()->{

            list.remove(0);

        }).start();

    }

}

可能输出：

Exception in thread "Thread-172" java.lang.IndexOutOfBoundsException: Index: 0, Size: 0

	at java.util.ArrayList.rangeCheck(ArrayList.java:657)

	at java.util.ArrayList.remove(ArrayList.java:496)

	at cn.xyc.n4.ThreadUnsafeSubClass.lambda$method3$0(Test05.java:45)

	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

解决：

将方法的访问修饰符修改为private，限制子类无法覆盖；
加final修饰符，阻止子类重新该方法

从这个例子可以看出 private 或 final 提供【安全】的意义所在，请体会开闭原则中的【闭】

常见线程安全类

String
Integer
StringBuffer
Random
Vector
Hashtable
java.util.concurrent 包下的类

这里说它们是线程安全的是指，多个线程调用它们同一个实例的某个方法时，是线程安全的。也可以理解为：

Hashtable table = new Hashtable();

new Thread(()->{

	table.put("key", "value1");

}).start();

new Thread(()->{

	table.put("key", "value2");

}).start();

// hashtable源码：

public synchronized V put(K key, V value){

    ...

}

它们的每个方法是原子的

但注意它们多个方法的组合不是原子的，见后面分析

线程安全类方法的组合

分析下面代码是否线程安全？

Hashtable table = new Hashtable();

// 线程1，线程2

if(table.get("key") == null){

    table.put("key", value);

}

不可变类线程安全性

String、Integer 等都是不可变类，因为其内部的状态不可以改变，因此它们的方法都是线程安全的；

有同学或许有疑问，String 有 replace，substring 等方法【可以】改变值啊，那么这些方法又是如何保证线程安全的呢？

public class Immutable{

    private int value = 0;

    public Immutable(int value){

        this.value = value;

    }

    public int getValue(){

        return this.value;

    }

}

如果想增加一个增加的方法呢？

public class Immutable{

    private int value = 0;

    public Immutable(int value){

        this.value = value;

    }

    public int getValue(){

        return this.value;

    }

    public Immutable add(int v){

        // 新创建一个对象给你

        return new Immutable(this.value + v);

    }

}

实例分析

例1：

// Sevlet运行在tomcat环境下，只有一个实例，会被多个线程共享使用

public class MyServlet extends HttpServlet {

    // 是否安全？ ——> 不安全，HashMap不是线程安全类

	Map<String,Object> map = new HashMap<>();

    // 是否安全？ ——> 安全，不可变类

	String S1 = "...";

    // 是否安全？ ——> 安全

    final String S2 = "...";

    // 是否安全？ ——> 不安全，不是线程安全类

    Date D1 = new Date();

    // 是否安全？ ——> 不安全，final引用值固定不可变，但是对象中的属性还是可以被修改

    final Date D2 = new Date();

    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {

        // 使用上述变量

    }

}

例2：

public class MyServlet extends HttpServlet {

    // 是否安全？ ——> 不安全，HttpServlet只有一份，因此userService也会被多个线程共享

    private UserService userService = new UserServiceImpl();

    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {

    	userService.update(...);

    }

}

public class UserServiceImpl implements UserService {

    // 记录调用次数

    private int count = 0;

    public void update() {

        // ... 属于临界区，count就成了共享资源

        count++;

    }

}

例3：

// Spring AOP 中对象没有特殊说明都是单例的，多个线程使用，成员变量被共享

@Aspect

@Component

public class MyAspect {

    // 是否安全？ ——> 不安全，成员变量被共享了

    private long start = 0L;

    @Before("execution(* *(..))")  // 前置通知

    public void before() {

        start = System.nanoTime();

    }

    @After("execution(* *(..))")  // 后置通知

    public void after() {

        long end = System.nanoTime();

        System.out.println("cost time:" + (end-start));

    }

}

例4：

public class MyServlet extends HttpServlet {

    // 是否安全？ ——> 安全，UserServiceImpl为线程安全

    private UserService userService = new UserServiceImpl();

    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {

        userService.update(...);

    }

}

public class UserServiceImpl implements UserService {

    // 是否安全 ——> 安全，Dao中无可更改的成员变量，Dao为线程安全

    private UserDao userDao = new UserDaoImpl();

    public void update() {

        userDao.update();

    }

}

public class UserDaoImpl implements UserDao {

    // 是否安全？ ——> 安全，没有成员变量

    public void update() {

        String sql = "update user set password = ? where username = ?";

        // 是否安全 ——> 安全，局部变量

        try (Connection conn = DriverManager.getConnection("","","")){

            // ...

        } catch (Exception e) {

            // ...

        }

    }

}

例5：

public class MyServlet extends HttpServlet {

    // 是否安全？ --> 不安全，UserServiceImpl不安全

    private UserService userService = new UserServiceImpl();

    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {

        userService.update(...);

    }

}

public class UserServiceImpl implements UserService {

    // 是否安全？ --> 不安全，UserDaoImpl类不安全

    private UserDao userDao = new UserDaoImpl();

    public void update() {

        userDao.update();

    }

}

public class UserDaoImpl implements UserDao {

    // 是否安全？  ——> 不安全，将conn作为类中的成员变量，

    // 由于HttpServlet/UserServiceImpl/UserDaoImpl都是单例

    // 因此，conn会被多个线程共享

    private Connection conn = null;

    public void update() throws SQLException {

        String sql = "update user set password = ? where username = ?";

        conn = DriverManager.getConnection("","","");

        // ...

        conn.close();

    }

}

例6：

public class MyServlet extends HttpServlet {

    // 是否安全？ --> 安全，UserServiceImpl是安全的

    private UserService userService = new UserServiceImpl();

    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {

        userService.update(...);

    }

}

public class UserServiceImpl implements UserService {

    public void update() {

        // 每次创建新的UserDaoImpl，因此线程安全，但是不推荐

        UserDao userDao = new UserDaoImpl();

        userDao.update();

    }

}

public class UserDaoImpl implements UserDao {

    // 是否安全？ --> 不安全

    private Connection = null;

    public void update() throws SQLException {

        String sql = "update user set password = ? where username = ?";

        conn = DriverManager.getConnection("","","");

        // ...

        conn.close();

    }

}

例7：

public abstract class Test {

    public void bar() {

        // 是否安全 --> 不安全

        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

        foo(sdf);  // 暴露给其他对象了

    }

    public abstract foo(SimpleDateFormat sdf);  // 抽象方法

    public static void main(String[] args) {

        new Test().bar();

    }

}

其中 foo 的行为是不确定的，可能导致不安全的发生，被称之为外星方法

public void foo(SimpleDateFormat sdf) {

    String dateStr = "1999-10-11 00:00:00";

    for (int i = 0; i < 20; i++) {

        new Thread(() -> {

            try {

                sdf.parse(dateStr);

            } catch (ParseException e) {

                e.printStackTrace();

            }

        }).start();

    }

}

请比较 JDK 中 String 类的实现

例8：线程不安全，个人理解如下：Integer在后续修改值后的其表示的对象变了，那么加锁加在了不同的对象上，导致线程不安全

private static Integer i = 0;

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

    List<Thread> list = new ArrayList<>();

    for (int j = 0; j < 2; j++) {

        Thread thread = new Thread(() -> {

            for (int k = 0; k < 5000; k++) {

                synchronized (i) {

                    i++;

                }

            }

        }, "" + j);

        list.add(thread);

    }

    list.stream().forEach(t -> t.start());

    list.stream().forEach(t -> {

        try {

            t.join();

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

    });

    log.debug("{}", i);

}

3.5 习题

卖票练习

测试下面代码是否存在线程安全问题，并尝试改正

public class ExerciseSell {

    public static void main(String[] args) {

        TicketWindow ticketWindow = new TicketWindow(1000);

        // 所有线程的集合

        List<Thread> list = new ArrayList<>();

        // 用来存储卖出去多少张票

        List<Integer> sellCount = new Vector<>();

        // 模拟1000人去抢票

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {

            Thread t = new Thread(()->{

                // 分析这里的竞态条件

                Sleeper.sleep(0.01);

                int count = ticketWindow.sell(randomAmount());

                sellCount.add(count);

            });

            list.add(t);

            t.start();

        }

        // 等待线程结束

        list.forEach((t)->{

            try {

                t.join();

            }catch (InterruptedException e){

                e.printStackTrace();

            }

        });

        // 买出去的票求和

        LoggerUtils.LOGGER.debug("selled count:{}", sellCount.stream().mapToInt(c -> c).sum());

        // 剩余票数

        LoggerUtils.LOGGER.debug("remainder count:{}", ticketWindow.getCount());

    }

    // Random 为线程安全

    static Random random = new Random();

    // 随机1~5

    public static int randomAmount(){

        return random.nextInt(5) + 1;

    }

}

class TicketWindow{

    private int count;

    public TicketWindow(int count) {

        this.count = count;

    }

    public int getCount() {

        return count;

    }

    public int sell(int amount) {

        if (this.count >= amount) {

            this.count -= amount;

            return amount;

        } else {

            return 0;

        }

    }

}

上述代码会出现线程安全问题：

// 出现票多买的情况

15:07:12.211 cn.util.LoggerUtils [main] - selled count:1006

15:07:12.214 cn.util.LoggerUtils [main] - remainder count:0

另外，用下面的代码行不行，为什么？

List<Integer> sellCount = new ArrayList<>();

// 会有概率出错：

// Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException

// 但是为什么呢？？？

修改如下：

public synchronized int sell(int amount) {

    if (this.count >= amount) {

        this.count -= amount;

        return amount;

    } else {

        return 0;

    }

}

转账练习

测试下面代码是否存在线程安全问题，并尝试改正

public class ExerciseTransfer {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Account a = new Account(1000);

        Account b = new Account(1000);

        Thread t1 = new Thread(() -> {

            for (int i = 0; i < 1000; i++) {

                a.transfer(b, randomAmount());

            }

        }, "t1");

        Thread t2 = new Thread(() -> {

            for (int i = 0; i < 1000; i++) {

                b.transfer(a, randomAmount());

            }

        }, "t2");

        t1.start();

        t2.start();

        t1.join();

        t2.join();

        // 查看转账2000次后的总金额

        LoggerUtils.LOGGER.debug("total:{}",(a.getMoney() + b.getMoney()));

    }

    // Random 为线程安全

    static Random random = new Random();

    // 随机 1~100

    public static int randomAmount() {

        return random.nextInt(100) +1;

    }

}

class Account{

    private int money;

    public Account(int money){

        this.money = money;

    }

    public int getMoney() {

        return money;

    }

    public void setMoney(int money) {

        this.money = money;

    }

    public void transfer(Account target, int account){

        if(this.money >= account){

            this.setMoney(this.getMoney() - account);

            target.setMoney(target.getMoney() + account);

        }

    }

}

这样改正行不行，为什么？

public synchronized void transfer(Account target, int account){

    if(this.money >= account){

        this.setMoney(this.getMoney() - account);

        target.setMoney(target.getMoney() + account);

    }

}

上述修改不行，因为转账涉及到了两个对象，在方法上加 synchronized 只是对于当前调用该方法的对象加了锁，应做如下修改：

public void transfer(Account target, int account){

    synchronized (Account.class){

        if(this.money >= account){

            this.setMoney(this.getMoney() - account);

            target.setMoney(target.getMoney() + account);

        }

    }

}