java 线程同步、死锁

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什么是线程同步

 同步问题的提出

现实生活中，我们会遇到“同一个资源，多个人都想使用”的问题。 比如：教室里，只有一台电脑，多个人都想使用。天然的解决办法就是，在电脑旁边，大家排队。前一人使用完后，后一人再使用。

▪ 线程同步的概念

处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象。 这时候，我们就需要用到“线程同步”。 线程同步其实就是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面的线程使用完毕后，下一个线程再使用。

多线程操作同一个对象(未使用线程同步)

public class TestSync {
    public static void main(String[] args) {
        Account a1 = new Account(100, "高");
        Drawing draw1 = new Drawing(80, a1);// 定义取钱线程对象；
        Drawing draw2 = new Drawing(80, a1);// 定义取钱线程对象；
        draw1.start(); // 你取钱
        draw2.start(); // 你老婆取钱
    }
}
/*
 * 简单表示银行账户
 */
class Account {
    int money;
    String aname;

    public Account(int money, String aname) {
        super();
        this.money = money;
        this.aname = aname;
    }
}
/**
 * 模拟提款操作
 */
class Drawing extends Thread {
    int drawingNum; // 取多少钱
    Account account; // 要取钱的账户
    int expenseTotal; // 总共取的钱数

    public Drawing(int drawingNum, Account account) {
        super();
        this.drawingNum = drawingNum;
        this.account = account;
    }

    @Override
    public void run() {
        if (account.money - drawingNum < 0) {
            return;
        }
        try {
            Thread.sleep(1000); // 判断完后阻塞。其他线程开始运行。
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        account.money -= drawingNum;
        expenseTotal += drawingNum;
        System.out.println(this.getName() + "--账户余额：" + account.money);
        System.out.println(this.getName() + "--总共取了：" + expenseTotal);
    }
}

执行结果：

没有线程同步机制，两个线程同时操作同一个账户对象，竟然从只有100元的账户，轻松取出80*2=160元，账户余额竟然成为了-60。这么大的问题，显然银行不会答应的。

实现线程同步

由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突的问题。Java语言提供了专门机制以解决这种冲突，有效避免了同一个数据对象被多个线程同时访问造成的这种问题。

由于我们可以通过 private 关键字来保证数据对象只能被方法访问，所以我们只需针对方法提出一套机制，这套机制就是synchronized关键字，它包括两种用法：synchronized 方法和 synchronized 块。

▪ synchronized 方法

通过在方法声明中加入 synchronized关键字来声明，语法如下：

public  synchronized  void accessVal(int newVal);

synchronized 方法控制对“对象的类成员变量”的访问：每个对象对应一把锁，每个 synchronized 方法都必须获得调用该方法的对象的锁方能执行，否则所属线程阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到从该方法返回时才将锁释放，此后被阻塞的线程方能获得该锁，重新进入可执行状态。

 synchronized块

synchronized 方法的缺陷：若将一个大的方法声明为synchronized 将会大大影响效率。

Java 为我们提供了更好的解决办法，那就是 synchronized 块。 块可以让我们精确地控制到具体的“成员变量”，缩小同步的范围，提高效率。

synchronized 块：通过 synchronized关键字来声明synchronized 块，语法如下：

synchronized(syncObject)
　  {
　　 //允许访问控制的代码
　  }

多线程操作同一个对象(使用线程同步)

public class TestSync {
    public static void main(String[] args) {
        Account a1 = new Account(100, "高");
        Drawing draw1 = new Drawing(80, a1);
        Drawing draw2 = new Drawing(80, a1);
        draw1.start(); // 你取钱
        draw2.start(); // 你老婆取钱
    }
}
/*
 * 简单表示银行账户
 */
class Account {
    int money;
    String aname;
    public Account(int money, String aname) {
        super();
        this.money = money;
        this.aname = aname;
    }
}
/**
 * 模拟提款操作
 *
 * @author Administrator
 *
 */
class Drawing extends Thread {
    int drawingNum; // 取多少钱
    Account account; // 要取钱的账户
    int expenseTotal; // 总共取的钱数

    public Drawing(int drawingNum, Account account) {
        super();
        this.drawingNum = drawingNum;
        this.account = account;
    }

    @Override
    public void run() {
        draw();
    }

    void draw() {
        synchronized (account) {
            if (account.money - drawingNum < 0) {
                System.out.println(this.getName() + "取款，余额不足！");
                return;
            }
            try {
                Thread.sleep(1000); // 判断完后阻塞。其他线程开始运行。
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            account.money -= drawingNum;
            expenseTotal += drawingNum;
        }
        System.out.println(this.getName() + "--账户余额：" + account.money);
        System.out.println(this.getName() + "--总共取了：" + expenseTotal);
    }
}

执行结果如图：

“synchronized (account)” 意味着线程需要获得account对象的“锁”才有资格运行同步块中的代码。 Account对象的“锁”也称为“互斥锁”，在同一时刻只能被一个线程使用。A线程拥有锁，则可以调用“同步块”中的代码;B线程没有锁，则进入account对象的“锁池队列”等待，直到A线程使用完毕释放了account对象的锁，B线程得到锁才可以开始调用“同步块”中的代码。

死锁及解决方案

死锁的概念

“死锁”指的是：

多个线程各自占有一些共享资源，并且互相等待其他线程占有的资源才能进行，而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情形。

因此， 某一个同步块需要同时拥有“两个以上对象的锁”时，就可能会发生“死锁”的问题。下面案例中，“化妆线程”需要同时拥有“镜子对象”、“口红对象”才能运行同步块。那么，实际运行时，“小丫的化妆线程”拥有了“镜子对象”，“大丫的化妆线程”拥有了“口红对象”，都在互相等待对方释放资源，才能化妆。这样，两个线程就形成了互相等待，无法继续运行的“死锁状态”。

死锁问题演示

class Lipstick {//口红类

}
class Mirror {//镜子类

}
class Makeup extends Thread {//化妆类继承了Thread类
    int flag;
    String girl;
    static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    static Mirror mirror = new Mirror();

    @Override
    public void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
        doMakeup();
    }

    void doMakeup() {
        if (flag == 0) {
            synchronized (lipstick) {//需要得到口红的“锁”；
                System.out.println(girl + "拿着口红！");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                synchronized (mirror) {//需要得到镜子的“锁”；
                    System.out.println(girl + "拿着镜子！");
                }

            }
        } else {
            synchronized (mirror) {
                System.out.println(girl + "拿着镜子！");
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (lipstick) {
                    System.out.println(girl + "拿着口红！");
                }
            }
        }
    }

}

public class TestDeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup m1 = new Makeup();//大丫的化妆线程；
        m1.girl = "大丫";
        m1.flag = 0;
        Makeup m2 = new Makeup();//小丫的化妆线程；
        m2.girl = "小丫";
        m2.flag = 1;
        m1.start();
        m2.start();
    }
}

执行结果如图所示(两线程都在等对方的资源，都处于停滞状态)：

死锁的解决方法

死锁是由于“同步块需要同时持有多个对象锁造成”的，要解决这个问题，思路很简单，就是：同一个代码块，不要同时持有两个对象锁。 如上面的死锁案例，修改成示例10-11所示。

死锁问题的解决

class Lipstick {//口红类

}
class Mirror {//镜子类

}
class Makeup extends Thread {//化妆类继承了Thread类
    int flag;
    String girl;
    static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    static Mirror mirror = new Mirror();

    @Override
    public void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
        doMakeup();
    }

    void doMakeup() {
        if (flag == 0) {
            synchronized (lipstick) {
                System.out.println(girl + "拿着口红！");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
            // 把锁释放了，再去拿别的锁
            synchronized (mirror) {
                System.out.println(girl + "拿着镜子！");
            }
        } else {
            synchronized (mirror) {
                System.out.println(girl + "拿着镜子！");
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            synchronized (lipstick) {
                System.out.println(girl + "拿着口红！");
            }
        }
    }
}

public class TestDeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup m1 = new Makeup();// 大丫的化妆线程；
        m1.girl = "大丫";
        m1.flag = 0;
        Makeup m2 = new Makeup();// 小丫的化妆线程；
        m2.girl = "小丫";
        m2.flag = 1;
        m1.start();
        m2.start();
    }
}

执行结果如图所示(两线程都可以得到需要的资源，程序正常运行结束)：