java-多线程安全-锁
一 同步函数
1.1 一般的方法
同步的另一种体现形式：同步函数。
同步函数使用的锁是哪个？
经过分析：大概猜的是this，因为函数必须被对象调用。
验证：
写一个同步代码块，写一个同步函数，如果同步代码块中的锁对象和同步函数中的锁对象是同一个，
就同步了，就没有错误的数据了。如果不是同一个锁对象，就不同步出现错误数据。
让两个线程，一个线程在同步代码块中执行，一个线程在同步函数中执行。
总结：同步函数使用的锁时this。
同步函数和同步代码块有什么区别吗？
同步函数使用的锁是固定的this。当线程任务只需要一个同步时完全可以使用同步函数。
同步代码块使用的锁可以是任意对象。当线程任务中需要多个同步时，必须通过锁来区分，这时必须使用同步代码块。
同步代码块较为常用。
package test;
class Ticket implements Runnable {
private int tickets = 100;
private Object obj = new Object();
boolean flag = true;
public void run() {
while (true) {
sale();
}
}
public synchronized void sale()// 同步函数,使用的锁对象 this。
{
if (tickets > 0) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "...sale..." + tickets--);// 打印线程名称。
}
}
}
class ThreadDemo4 {
public static void main(String[] args) {
Ticket t = new Ticket();
Thread t1 = new Thread(t);
Thread t2 = new Thread(t);
t1.start();
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
}
// 切换标记,之前，让主线程停一会，这时就只有一个t1线程在，它就会执行同步代码块。
t.flag = false;
t2.start();
}
}
1.2 静态方法
static 同步函数，使用的锁不是this，而是字节码文件对象, 类名.class
class Ticket implements Runnable
{
private static int tickets = 100;
private Object obj = new Object();
boolean flag = true;
public void run()
{
if(flag){
while(true){
synchronized(Ticket.class){
if(tickets>0){
try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException e){}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...obj..."+tickets--);//打印线程名称。
}
}
}
}
else{
while(true){
this.sale();
}
}
} public static synchronized void sale()//
{
if(tickets>0)
{
try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException e){}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...sale..."+tickets--);//打印线程名称。
}
}
}
class ThreadDemo5
{
public static void main(String[] args)
{
Ticket t = new Ticket(); Thread t1 = new Thread(t);
Thread t2 = new Thread(t); t1.start();
try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedException e){}
//切换标记,之前，让主线程停一会，这时就只有一个t1线程在，它就会执行同步代码块。
t.flag = false; t2.start();
}
}
二 单例的安全问题
//饿汉式。 多线程并发饿汉式没问题。
class Single
{
private static final Single s = new Single(); private Single(){} public static Single getInstance()
{
return s;
}
} //懒汉式。
class Single
{
private static Single s = null; private Single(){} /*
并发访问会有安全隐患，所以加入同步机制解决安全问题。
但是，同步的出现降低了效率。
可以通过双重判断的方式，解决效率问题，减少判断锁的次数。
重在分析 */
public static Single getInstance()
{
if(s==null)
{
synchronized(Single.class)
{
if(s==null)
// -->0 -->1
s = new Single();
}
}
return s;
}
} class Demo implements Runnable
{
public void run()
{
Single.getInstance();
}
} class ThreadDemo6
{
public static void main(String[] args)
{
System.out.println("Hello World!");
}
}
三 死锁
同步的另一个弊端：
情况之一：当线程任务中出现了多个同步(多个锁)时，如果同步中嵌套了其他的同步。
这时容易引发一种现象：死锁。
这种情况能避免就避免掉。
例:一碗饭.一个人拿一个筷子,谁也不放.
//Thread-0
synchronized(obj1)
{
-->thread- obj1
synchronized(obj2)
{ } }
//Thread-1
synchronized(obj2)
{
Thread- obj2
synchronized(obj1)
{ } }
例如
class Ticket implements Runnable
{
private int tickets = ;
private Object obj = new Object();
boolean flag = true;
public void run()
{
if(flag){
while(true){
synchronized(obj){
sale();//this lock;
}
}
}
else{
while(true){
this.sale();
}
}
} public synchronized void sale()//this lock
{
synchronized(obj)//obj lock
{
if(tickets>)
{
try{Thread.sleep();}catch(InterruptedException e){}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...sale..."+tickets--);//打印线程名称。
}
}
}
}
class ThreadDemo7
{
public static void main(String[] args)
{
Ticket t = new Ticket(); Thread t1 = new Thread(t);
Thread t2 = new Thread(t); t1.start();
try{Thread.sleep();}catch(InterruptedException e){}
//切换标记,之前，让主线程停一会，这时就只有一个t1线程在，它就会执行同步代码块。
t.flag = false; t2.start();
}
}
又例如
class Test implements Runnable
{
private boolean flag;
Test(boolean flag)
{
this.flag = flag;
} public void run()
{
if(flag)
{
while(true)
{
synchronized(MyLock.LOCKA)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...if......locka");
synchronized(MyLock.LOCKB)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...if......lockb");
}
}
}
}
else
{
while(true)
{
synchronized(MyLock.LOCKB)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...else......lockb");
synchronized(MyLock.LOCKA)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"...else......locka");
}
}
}
}
}
}
//定义一个用于存储锁对象类。
class MyLock
{
public static final Object LOCKA = new Object();
public static final Object LOCKB = new Object();
} class DeadLockTest
{
public static void main(String[] args)
{
//创建两个线程任务。
Test t1 = new Test(true);
Test t2 = new Test(false); Thread t11 = new Thread(t1);
Thread t22 = new Thread(t2);
t11.start();
t22.start(); }
}
四 生产者和消费者
多线程中最为常见的应用案例：
生产者消费者问题。
生产和消费同时执行，需要多线程。
但是执行的任务却不相同，处理的资源确实相同的：线程间的通信。
1，描述一下资源。
2，描述生产者，因为具备着自己的任务。
3，描述消费者，因为具备着自己的任务。
问题1：数据错误：已经被生产很早期的商品，才被消费到。
出现线程安全问题，加入了同步解决。使用同步函数。
问题已解决：不会在消费到之前很早期的商品。
问题2：发现了连续生产却没有消费，同时对同一个商品进行多次消费。
希望的结果应该是生产一个商品，就被消费掉。生产下一个商品。
搞清楚几个问题？
生产者什么时候生产呢？消费者什么时候应该消费呢？
当盘子中没有面包时，就生产，如果有了面包，就不要生产。
当盘子中已有面包时，就消费，如果没有面包，就不要消费。
//1,描述资源。属性：商品名称和编号， 行为：对商品名称赋值，获取商品。
class Resource
{
private String name;
private int count = ; //1,提供设置的方法。
publicvoid set(String name)
{
//给成员变量赋值并加上编号。
this.name = name + count;
//编号自增。
count++;
//打印生产了哪个商品。
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......生产者...."+this.name);
}
publicvoid out()
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....消费者...."+this.name);
}
} //2,描述生产者。
class Producer implements Runnable
{
private Resource r ;
// 生产者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
Producer(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.set("面包");
}
}
} //3,描述消费者。
class Consumer implements Runnable
{
private Resource r ;
// 消费者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
Consumer(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.out();
}
}
} class ThreadDemo8
{
public static void main(String[] args)
{
//1,创建资源对象。
Resource r = new Resource(); //2,创建线程任务。
Producer pro = new Producer(r);
Consumer con = new Consumer(r); //3,创建线程。
Thread t1 = new Thread(pro);
Thread t2 = new Thread(con); t1.start();
t2.start();
}
}
问题1： 已经被生产很早期的商品，才被消费到。
出现线程安全问题，加入了同步解决。使用同步函数。
问题已解决：不会在消费到之前很早期的商品。
class Resource
{
private String name;
private int count = ; //1,提供设置的方法。
public synchronized void set(String name)
{
//给成员变量赋值并加上编号。
this.name = name + count;
//编号自增。
count++;
//打印生产了哪个商品。
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......生产者...."+this.name);
}
public synchronized void out()
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....消费者...."+this.name);
}
}
问题2：发现了连续生产却没有消费，同时对同一个商品进行多次消费。
希望的结果应该是生产一个商品，就被消费掉。生产下一个商品。
搞清楚几个问题？
生产者什么时候生产呢？消费者什么时候应该消费呢？
当盘子中没有面包时，就生产，如果有了面包，就不要生产。
当盘子中已有面包时，就消费，如果没有面包，就不要消费。
生产者生产了商品后应该告诉消费者来消费。这时的生产者应该处于等待状态。
消费者消费了商品后，应该告诉生产者，这时消费者处于等待状态。
等待：wait();
告诉：notify();//唤醒
问题解决：实现生产一个消费一个。
4.1 等待/唤醒机制
wait(): 会让线程处于等待状态，其实就是将线程临时存储到了线程池中。
notify():会唤醒线程池中任意一个等待的线程。
notifyAll():会唤醒线程池中所有的等待线程。
记住：这些方法必须使用在同步中，因为必须要标识wait，notify等方法所属的锁。
同一个锁上的notify，只能唤醒该锁上的被wait的线程。
例：等待吃饭
还有银行
为什么这些方法定义在Object类中呢？
因为这些方法必须标识所属的锁，而锁可以是任意对象，任意对象可以调用的方法必然时Object类中的方法。
举例：小朋友抓人游戏
/,描述资源。属性：商品名称和编号， 行为：对商品名称赋值，获取商品。
class Resource
{
private String name;
private int count = ; //定义标记。
private boolean flag = false; //1,提供设置的方法。
public synchronized void set(String name)
{ if(flag)
try{this.wait();}catch(InterruptedException e){}
//给成员变量赋值并加上编号。
this.name = name + count;
//编号自增。
count++;
//打印生产了哪个商品。
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......生产者...."+this.name); //将标记改为true。
flag = true;
//唤醒消费者。
this.notify();
}
public synchronized void out()
{
if(!flag)
try{this.wait();}catch(InterruptedException e){}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....消费者...."+this.name);
//将标记该为false。
flag = false;
//唤醒生产者。
this.notify();
}
} //2,描述生产者。
class Producer implements Runnable
{
private Resource r ;
// 生产者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
Producer(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.set("面包");
}
}
} //3,描述消费者。
class Consumer implements Runnable
{
private Resource r ;
// 消费者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
Consumer(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.out();
}
}
} class ThreadDemo9
{
public static void main(String[] args)
{
//1,创建资源对象。
Resource r = new Resource(); //2,创建线程任务。
Producer pro = new Producer(r);
Consumer con = new Consumer(r); //3,创建线程。
Thread t1 = new Thread(pro);
Thread t2 = new Thread(con); t1.start();
t2.start();
}
}
五 多生产和多消费
加入多生产多消费
public static void main(String[] args)
{
//1,创建资源对象。
Resource r = new Resource(); //2,创建线程任务。
Producer pro = new Producer(r);
Consumer con = new Consumer(r); //3,创建线程。
Thread t1 = new Thread(pro);
Thread t2 = new Thread(pro);
Thread t3 = new Thread(con);
Thread t4 = new Thread(con); t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
问题1 生产了商品没有被消费，同一个商品被消费多次。
Thread-2......生产者....面包40527//没有被消费。
Thread-3......消费者....面包40528
Thread-2....消费者....面包40528
分析过程
被唤醒的线程没有判断标记，造成问题1的产生。
解决：只要让被唤醒的线程必须判断标记就可以了。将if判断标记的方式改为while判断标记。记住：多生产多消费，必须时while判断条件。
class Resource
{
private String name;
private int count = ; //定义标记。
private boolean flag = false; //1,提供设置的方法。
public synchronized void set(String name)//
{ while(flag) //////////
try{this.wait();}catch(InterruptedException e){}// t1等 t2等
//给成员变量赋值并加上编号。
this.name = name + count;//商品1 商品2 商品3
//编号自增。
count++;//2 3 4
//打印生产了哪个商品。
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......生产者...."+this.name);//生产 商品1 生产商品2 生产商品3 //将标记改为true。
flag = true;
//唤醒消费者。
this.notify();
}
public synchronized void out()//
{
while(!flag)//////////
try{this.wait();}catch(InterruptedException e){}//t3等 //t4等
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....消费者...."+this.name);//消费 商品1
//将标记该为false。
flag = false;
//唤醒生产者。
this.notify();
}
} //2,描述生产者。
class Producer implements Runnable
{
private Resource r ;
// 生产者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
Producer(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.set("面包");
}
}
} //3,描述消费者。
class Consumer implements Runnable
{
private Resource r ;
// 消费者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
Consumer(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.out();
}
}
} class ThreadDemo10
{
public static void main(String[] args)
{
//1,创建资源对象。
Resource r = new Resource(); //2,创建线程任务。
Producer pro = new Producer(r);
Consumer con = new Consumer(r); //3,创建线程。
Thread t1 = new Thread(pro);
Thread t2 = new Thread(pro);
Thread t3 = new Thread(con);
Thread t4 = new Thread(con); t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
问题2：发现while判断后，死锁了。
原因：生产方唤醒了线程池中生产方的线程。本方唤醒了本方。
解决：希望本方要唤醒对方，没有对应的方法，所以只能唤醒所有。
六 Condition
Condition/*
jdk1.5以后提供多生产多消费的解决方案。
在java.util.concurrent.locks 软件包中提供相应的解决方案
Lock接口：比同步更厉害，有更多操作。lock():获取锁 unlock():释放锁;
提供了一个更加面对对象的锁，在该锁中提供了更多的显示的锁操作。
替代同步。
升级到JDK1.5,先把同步改成 Lock。
已经将旧锁替换成新锁，那么锁上的监视器方法(wait，notify，notifyAll)也应该替换成新锁的监视器方法。
而jdk1.5中将这些原有的监视器方法封装到了一个Condition对象中。
想要获取监视器方法，需要先获取Condition对象。
Condition对象的出现其实就是替代了Object中的监视器方法。
await();
signal();
signalAll();
将所有的监视器方法替换成了Condition。
功能和ThreadDemo10.java老程序的功能一样，仅仅是用新的对象。改了写法而已。
但是问题依旧；效率还是低。
希望本方可以唤醒对方中的一个。
老程序中可以通过两个锁嵌套完成，但是容易引发死锁。
新程序中，就可以解决这个问题，只用一个锁，
可以在一个锁上加上多个监视器对象。
*/
import java.util.concurrent.locks.*; class Resource
{
private String name;
private int count = ; //定义一个锁对象。
private final Lock lock = new ReentrantLock();
//获取锁上的Condition对象。为了解决本方唤醒对方的问题。可以一个锁创建两个监视器对象。 private Condition produce = lock.newCondition();//负责生产。
private Condition consume = lock.newCondition();//负责消费。 //定义标记。
private boolean flag = false; //1,提供设置的方法。
public void set(String name)//
{
//获取锁。
lock.lock();
try{ while(flag)
try{produce.await();}catch(InterruptedException e){}// t1等 t2等
this.name = name + count;//商品1 商品2 商品3
count++;//2 3 4
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......生产者...."+this.name);//生产 商品1 生产商品2 生产商品3 //将标记改为true。
flag = true;
//执行的消费者的唤醒。唤醒一个消费者就哦了。
consume.signal();
}finally{ lock.unlock();//一定要执行。
}
}
public void out()//
{ lock.lock();
try{
while(!flag)
try{consume.await();}catch(InterruptedException e){}//t3等 //t4等
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....消费者...."+this.name);//消费 商品1
//将标记该为false。
flag = false;
//
produce.signal();
}
finally{
lock.unlock();
}
}
} //2,描述生产者。
class Producer implements Runnable
{
private Resource r ;
// 生产者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
Producer(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.set("面包");
}
}
} //3,描述消费者。
class Consumer implements Runnable
{
private Resource r ;
// 消费者一初始化就要有资源，需要将资源传递到构造函数中。
Consumer(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.out();
}
}
} class ThreadDemo11
{
public static void main(String[] args)
{
//1,创建资源对象。
Resource r = new Resource(); //2,创建线程任务。
Producer pro = new Producer(r);
Consumer con = new Consumer(r); //3,创建线程。
Thread t1 = new Thread(pro);
Thread t2 = new Thread(pro);
Thread t3 = new Thread(con);
Thread t4 = new Thread(con); t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
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