一、理解線程安全?java
二、synchronized用法程序員
三、死鎖編程
四、Java內存模型緩存
五、Vlolatile安全
六、ThreadLock多線程
當多個線程同時共享,同一個全局變量或靜態變量,作寫的操做時,可能會發生數據衝突問題,也就是線程安全問題。可是作讀操做是不會發生數據衝突問題。併發
案例:需求如今有100張火車票,有兩個窗口同時搶火車票,請使用多線程模擬搶票效果。jvm
代碼:ide
package hongmoshui.com.cnblogs.www.study.day002; /** * 一號窗口和二號窗口同時出售火車第一張和第七張,部分火車票會重複出售。 結論發現,多個線程共享同一個全局成員變量時,作寫的操做可能會發生數據衝突問題。 * @author 洪墨水 */ class ThreadTrain1 implements Runnable { private int count = 100; private static Object oj = new Object(); @Override public void run() { while (count > 0) { try { Thread.sleep(50); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception } sale(); } } public void sale() { // 前提 多線程進行使用、多個線程只能拿到一把鎖。 // 保證只能讓一個線程 在執行 缺點效率下降 // synchronized (oj) { // if (count > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票"); count--; // } // } } } public class ThreadDemo { public static void main(String[] args) { ThreadTrain1 threadTrain1 = new ThreadTrain1(); Thread t1 = new Thread(threadTrain1, "①號窗口"); Thread t2 = new Thread(threadTrain1, "②號窗口"); t1.start(); t2.start(); } }
運行結果:函數
一號窗口和二號窗口同時出售火車第一張和第七張,部分火車票會重複出售。
結論發現,多個線程共享同一個全局成員變量時,作寫的操做可能會發生數據衝突問題。
問:如何解決多線程之間線程安全問題?
答:使用多線程之間同步synchronized或使用鎖(lock)。
問:爲何使用線程同步或使用鎖能解決線程安全問題呢?
答:將可能會發生數據衝突問題(線程不安全問題),只能讓當前一個線程進行執行。代碼執行完成後釋放鎖,讓後才能讓其餘線程進行執行。這樣的話就能夠解決線程不安全問題。
問:什麼是多線程之間同步?
答:當多個線程共享同一個資源,不會受到其餘線程的干擾。
什麼是同步代碼塊?
答:就是將可能會發生線程安全問題的代碼,給包括起來。
synchronized(同一個數據){
可能會發生線程衝突問題
}
就是同步代碼塊
synchronized(對象)//這個對象能夠爲任意對象
{
須要被同步的代碼
}
對象如同鎖,持有鎖的線程能夠在同步中執行
沒持有鎖的線程即便獲取CPU的執行權,也進不去
同步的前提:
1,必需要有兩個或者兩個以上的線程
2,必須是多個線程使用同一個鎖
必須保證同步中只能有一個線程在運行
好處:解決了多線程的安全問題
弊端:多個線程須要判斷鎖,較爲消耗資源、搶鎖的資源。
代碼樣例:
private static Object oj = new Object(); public void sale() { // 前提 多線程進行使用、多個線程只能拿到一把鎖。 // 保證只能讓一個線程 在執行 缺點效率下降 synchronized (oj) { if (count > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票"); count--; } } }
什麼是同步函數?
答:在方法上修飾synchronized 稱爲同步函數
代碼樣例
public synchronized void sale() { if (trainCount > 0) { try { Thread.sleep(40); } catch (Exception e) { } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (100 - trainCount + 1) + "張票."); trainCount--; } }
同窗們思考問題?同步函數用的是什麼鎖?
答:同步函數使用this鎖。
證實方式: 一個線程使用同步代碼塊(this明鎖),另外一個線程使用同步函數。若是兩個線程搶票不能實現同步,那麼會出現數據錯誤。
代碼:
package hongmoshui.com.cnblogs.www.study.day002; class ThreadTrain2 implements Runnable { private int count = 100; public boolean flag = true; private static Object oj = new Object(); @Override public void run() { if (flag) { while (count > 0) { synchronized (this) { if (count > 0) { try { Thread.sleep(50); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票"); count--; } } } } else { while (count > 0) { sale(); } } } public synchronized void sale() { // 前提 多線程進行使用、多個線程只能拿到一把鎖。 // 保證只能讓一個線程 在執行 缺點效率下降 // synchronized (oj) { if (count > 0) { try { Thread.sleep(50); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票"); count--; } // } } } public class ThreadDemo2 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ThreadTrain2 threadTrain1 = new ThreadTrain2(); Thread t1 = new Thread(threadTrain1, "①號窗口"); Thread t2 = new Thread(threadTrain1, "②號窗口"); t1.start(); Thread.sleep(40); threadTrain1.flag = false; t2.start(); } }
答:什麼是靜態同步函數?
方法上加上static關鍵字,使用synchronized 關鍵字修飾 或者使用類.class文件。
靜態的同步函數使用的鎖是 該函數所屬字節碼文件對象
能夠用 getClass方法獲取,也能夠用當前 類名.class 表示。
代碼樣例:
synchronized(ThreadTrain.class) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (100 - trainCount + 1) + "張票."); trainCount--; try { Thread.sleep(100); } catch (Exception e) { } }
總結:
synchronized 修飾方法使用鎖是當前this鎖。
synchronized 修飾靜態方法使用鎖是當前類的字節碼文件
答:同步中嵌套同步,致使鎖沒法釋放
代碼:
package hongmoshui.com.cnblogs.www.study.day002; /** * 多線程死鎖【同步中嵌套同步,致使鎖沒法釋放】 * @author 洪墨水 */ class ThreadTrain6 implements Runnable { // 這是貨票總票數,多個線程會同時共享資源 private int trainCount = 100; public boolean flag = true; private Object mutex = new Object(); @Override public void run() { if (flag) { while (true) { synchronized (mutex) { // 鎖(同步代碼塊)在何時釋放? 代碼執行完, 自動釋放鎖. // 若是flag爲true 先拿到 obj鎖,在拿到this 鎖、 才能執行。 // 若是flag爲false先拿到this,在拿到obj鎖,才能執行。 // 死鎖解決辦法:不要在同步中嵌套同步。 sale(); } } } else { while (true) { sale(); } } } /** * 出售火車票 * @author: 洪墨水 */ public synchronized void sale() { synchronized (mutex) { if (trainCount > 0) { try { Thread.sleep(40); } catch (Exception e) { } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (100 - trainCount + 1) + "張票."); trainCount--; } } } } public class DeadlockThread { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ThreadTrain6 threadTrain = new ThreadTrain6(); // 定義 一個實例 Thread thread1 = new Thread(threadTrain, "一號窗口"); Thread thread2 = new Thread(threadTrain, "二號窗口"); thread1.start(); Thread.sleep(40); threadTrain.flag = false; thread2.start(); } }
原子性、可見性、有序性
即一個操做或者多個操做 要麼所有執行而且執行的過程不會被任何因素打斷,要麼就都不執行。
一個很經典的例子就是銀行帳戶轉帳問題:
好比從帳戶A向帳戶B轉1000元,那麼必然包括2個操做:從帳戶A減去1000元,往帳戶B加上1000元。這2個操做必需要具有原子性才能保證不出現一些意外的問題。
咱們操做數據也是如此,好比i = i+1;其中就包括,讀取i的值,計算i,寫入i。這行代碼在Java中是不具有原子性的,則多線程運行確定會出問題,因此也須要咱們使用同步和lock這些東西來確保這個特性了。
原子性其實就是保證數據一致、線程安全一部分,
當多個線程訪問同一個變量時,一個線程修改了這個變量的值,其餘線程可以當即看獲得修改的值。
若兩個線程在不一樣的cpu,那麼線程1改變了i的值還沒刷新到主存,線程2又使用了i,那麼這個i值確定仍是以前的,線程1對變量的修改線程沒看到這就是可見性問題。
程序執行的順序按照代碼的前後順序執行。
通常來講處理器爲了提升程序運行效率,可能會對輸入代碼進行優化,它不保證程序中各個語句的執行前後順序同代碼中的順序一致,可是它會保證程序最終執行結果和代碼順序執行的結果是一致的。以下:
int a = 10; //語句1 int r = 2; //語句2 a = a + 3; //語句3 r = a*a; //語句4
則由於重排序,他還可能執行順序爲 2-1-3-4,1-3-2-4
但毫不可能 2-1-4-3,由於這打破了依賴關係。
顯然重排序對單線程運行是不會有任何問題,而多線程就不必定了,因此咱們在多線程編程時就得考慮這個問題了。
共享內存模型指的就是Java內存模型(簡稱JMM),JMM決定一個線程對共享變量的寫入時,能對另外一個線程可見。從抽象的角度來看,JMM定義了線程和主內存之間的抽象關係:線程之間的共享變量存儲在主內存(main memory)中,每一個線程都有一個私有的本地內存(local memory),本地內存中存儲了該線程以讀/寫共享變量的副本。本地內存是JMM的一個抽象概念,並不真實存在。它涵蓋了緩存,寫緩衝區,寄存器以及其餘的硬件和編譯器優化。
從上圖來看,線程A與線程B之間如要通訊的話,必需要經歷下面2個步驟:
1. 首先,線程A把本地內存A中更新過的共享變量刷新到主內存中去。
2. 而後,線程B到主內存中去讀取線程A以前已更新過的共享變量。
下面經過示意圖來講明這兩個步驟:
如上圖所示,本地內存A和B有主內存中共享變量x的副本。假設初始時,這三個內存中的x值都爲0。線程A在執行時,把更新後的x值(假設值爲1)臨時存放在本身的本地內存A中。當線程A和線程B須要通訊時,線程A首先會把本身本地內存中修改後的x值刷新到主內存中,此時主內存中的x值變爲了1。隨後,線程B到主內存中去讀取線程A更新後的x值,此時線程B的本地內存的x值也變爲了1。
從總體來看,這兩個步驟實質上是線程A在向線程B發送消息,並且這個通訊過程必需要通過主內存。JMM經過控制主內存與每一個線程的本地內存之間的交互,來爲java程序員提供內存可見性保證。
總結:什麼是Java內存模型:java內存模型簡稱jmm,定義了一個線程對另外一個線程可見。共享變量存放在主內存中,每一個線程都有本身的本地內存,當多個線程同時訪問一個數據的時候,可能本地內存沒有及時刷新到主內存,因此就會發生線程安全問題。
Volatile 關鍵字的做用是變量在多個線程之間可見。
代碼:
package hongmoshui.com.cnblogs.www.study.day002; class ThreadVolatileDemo extends Thread { public boolean flag = true; @Override public void run() { System.out.println("開始執行子線程...."); while (flag) { } System.out.println("線程中止"); } public void setRuning(boolean flag) { this.flag = flag; } } public class ThreadVolatile { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ThreadVolatileDemo threadVolatileDemo = new ThreadVolatileDemo(); threadVolatileDemo.start(); Thread.sleep(3000); threadVolatileDemo.setRuning(false); System.out.println("flag 已經設置成false"); Thread.sleep(1000); System.out.println(threadVolatileDemo.flag); } }
運行結果:
已經將結果設置爲fasle爲何?還一直在運行呢。
緣由:線程之間是不可見的,讀取的是副本,沒有及時讀取到主內存結果。
解決辦法:使用Volatile關鍵字將解決線程之間可見性, 強制線程每次讀取該值的時候都去「主內存」中取值
注意: Volatile非原子性
package hongmoshui.com.cnblogs.www.study.day002; /** * Volatile非原子性 * @author 洪墨水 */ public class VolatileNoAtomic extends Thread { private static volatile int count; // private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); private static void addCount() { for (int i = 0; i < 1000; i++) { count++; // count.incrementAndGet(); } System.out.println(count); } public void run() { addCount(); } public static void main(String[] args) { VolatileNoAtomic[] arr = new VolatileNoAtomic[100]; for (int i = 0; i < 10; i++) { arr[i] = new VolatileNoAtomic(); } for (int i = 0; i < 10; i++) { arr[i].start(); } } }
運行結果:
結果發現: 數據不一樣步,由於Volatile不用具有原子性。
AtomicInteger是一個提供原子操做的Integer類,經過線程安全的方式操做加減。
package com.hongmoshui.test02; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; /** * AtomicInteger是一個提供原子操做的Integer類,經過線程安全的方式操做加減 * @author 洪墨水 */ public class AtomicIntegerAtomic extends Thread { private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0); @Override public void run() { for (int i = 0; i < 1000; i++) { // 等同於i++ atomicInteger.incrementAndGet(); } System.out.println(atomicInteger); } public static void main(String[] args) { // 初始化10個線程 AtomicIntegerAtomic[] volatileNoAtomic = new AtomicIntegerAtomic[10]; for (int i = 0; i < 10; i++) { // 建立 volatileNoAtomic[i] = new AtomicIntegerAtomic(); } for (int i = 0; i < volatileNoAtomic.length; i++) { volatileNoAtomic[i].start(); } } }
僅靠volatile不能保證線程的安全性。(原子性)
①volatile輕量級,只能修飾變量。synchronized重量級,還可修飾方法
②volatile只能保證數據的可見性,不能用來同步,由於多個線程併發訪問volatile修飾的變量不會阻塞。
synchronized不只保證可見性,並且還保證原子性,由於,只有得到了鎖的線程才能進入臨界區,從而保證臨界區中的全部語句都所有執行。多個線程爭搶synchronized鎖對象時,會出現阻塞。
線程安全性
線程安全性包括兩個方面,①可見性。②原子性。
從上面自增的例子中能夠看出:僅僅使用volatile並不能保證線程安全性。而synchronized則可實現線程的安全性。
ThreadLocal提供一個線程的局部變量,訪問某個線程擁有本身局部變量。
當使用ThreadLocal維護變量時,ThreadLocal爲每一個使用該變量的線程提供獨立的變量副本,因此每個線程均可以獨立地改變本身的副本,而不會影響其它線程所對應的副本。
ThreadLocal的接口方法
ThreadLocal類接口很簡單,只有4個方法,咱們先來了解一下:
案例:建立三個線程,每一個線程生成本身獨立序列號。
代碼:
package hongmoshui.com.cnblogs.www.study.day002; /** * 建立三個線程,每一個線程生成本身獨立序列號 * @author 洪墨水 */ class Res { // 生成序列號共享變量 public static Integer count = 0; public static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<Integer>() { protected Integer initialValue() { return 0; }; }; public Integer getNum() { int count = threadLocal.get() + 1; threadLocal.set(count); return count; } } public class ThreadLocaDemo2 extends Thread { private Res res; public ThreadLocaDemo2(Res res) { this.res = res; } @Override public void run() { for (int i = 0; i < 3; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---" + "i---" + i + "--num:" + res.getNum()); } } public static void main(String[] args) { Res res = new Res(); ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo1 = new ThreadLocaDemo2(res); ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo2 = new ThreadLocaDemo2(res); ThreadLocaDemo2 threadLocaDemo3 = new ThreadLocaDemo2(res); threadLocaDemo1.start(); threadLocaDemo2.start(); threadLocaDemo3.start(); } }
ThreadLocal經過map集合
Map.put(「當前線程」,值);
設計4個線程,其中兩個線程每次對j增長1,另外兩個線程對j每次減小1。寫出程序。
多線程之間通信,其實就是多個線程在操做同一個資源,可是操做的動做不一樣。
畫圖演示
需求:第一個線程寫入(input)用戶,另外一個線程取讀取(out)用戶.實現讀一個,寫一個操做。
代碼實現基本實現
package com.hongmoshui.test03; class Res { public String userSex; public String userName; }
package com.hongmoshui.test03; class IntThrad extends Thread { private Res res; public IntThrad(Res res) { this.res = res; } @Override public void run() { int count = 0; while (true) { if (count == 0) { res.userName = "洪墨水"; res.userSex = "男"; } else { res.userName = "小紅"; res.userSex = "女"; } count = (count + 1) % 2; } } }
package com.hongmoshui.test03; class OutThread extends Thread { private Res res; public OutThread(Res res) { this.res = res; } @Override public void run() { while (true) { System.out.println(res.userName + "--" + res.userSex); } } }
package com.hongmoshui.test03; public class Test { public static void main(String[] args) { Res res = new Res(); IntThrad intThrad = new IntThrad(res); OutThread outThread = new OutThread(res); intThrad.start(); outThread.start(); } }
結果:
洪墨水--女
小紅--男
洪墨水--女
洪墨水--女
洪墨水--女
小紅--男
。。。。
注意:數據發生錯亂,形成線程安全問題
package com.hongmoshui.test03; class IntThrad extends Thread { private Res res; public IntThrad(Res res) { this.res = res; } @Override public void run() { int count = 0; while (true) { synchronized (res) { if (count == 0) { res.userName = "洪墨水"; res.userSex = "男"; } else { res.userName = "小紅"; res.userSex = "女"; } count = (count + 1) % 2; } } } }
package com.hongmoshui.test03; class OutThread extends Thread { private Res res; public OutThread(Res res) { this.res = res; } @Override public void run() { while (true) { synchronized (res) { System.out.println(res.userName + "--" + res.userSex); } } } }
wait()、notify()、notifyAll()是三個定義在Object類裏的方法,能夠用來控制線程的狀態。
這三個方法最終調用的都是jvm級的native方法。隨着jvm運行平臺的不一樣可能有些許差別。
若是對象調用了wait方法就會使持有該對象的線程把該對象的控制權交出去,而後處於等待狀態。
若是對象調用了notify方法就會通知某個正在等待這個對象的控制權的線程能夠繼續運行。
若是對象調用了notifyAll方法就會通知全部等待這個對象控制權的線程繼續運行。
注意:必定要在線程同步中使用,而且是同一個鎖的資源
package com.hongmoshui.test03; class Res { public String userSex; public String userName; // 線程通信標識 public boolean flag = false; }
package com.hongmoshui.test03; class IntThrad extends Thread { private Res res; public IntThrad(Res res) { this.res = res; } @Override public void run() { int count = 0; while (true) { synchronized (res) { if (res.flag) { try { // 當前線程變爲等待,可是能夠釋放鎖 res.wait(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } if (count == 0) { res.userName = "洪墨水"; res.userSex = "男"; } else { res.userName = "小紅"; res.userSex = "女"; } count = (count + 1) % 2; res.flag = true; // 喚醒當前線程 res.notify(); } } } }
package com.hongmoshui.test03; class OutThread extends Thread { private Res res; public OutThread(Res res) { this.res = res; } @Override public void run() { while (true) { synchronized (res) { if (!res.flag) { try { res.wait(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } System.out.println(res.userName + "--" + res.userSex); res.flag = false; res.notify(); } } } }
對於sleep()方法,咱們首先要知道該方法是屬於Thread類中的。而wait()方法,則是屬於Object類中的。
sleep()方法致使了程序暫停執行指定的時間,讓出cpu該其餘線程,可是他的監控狀態依然保持者,當指定的時間到了又會自動恢復運行狀態。
在調用sleep()方法的過程當中,線程不會釋放對象鎖。
而當調用wait()方法的時候,線程會放棄對象鎖,進入等待此對象的等待鎖定池,只有針對此對象調用notify()方法後本線程才進入對象鎖定池準備
獲取對象鎖進入運行狀態。
在 jdk1.5 以後,併發包中新增了 Lock 接口(以及相關實現類)用來實現鎖功能,Lock 接口提供了與 synchronized 關鍵字相似的同步功能,但須要在使用時手動獲取鎖和釋放鎖。
package com.hongmoshui.test04; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class TestLock { public static void main(String[] args) { Lock lock = new ReentrantLock(); lock.lock(); try { // 可能會出現線程安全的操做 } finally { // 必定在finally中釋放鎖 // 也不能把獲取鎖在try中進行,由於有可能在獲取鎖的時候拋出異常 lock.unlock(); } } }
Lock 接口能夠嘗試非阻塞地獲取鎖 當前線程嘗試獲取鎖。若是這一時刻鎖沒有被其餘線程獲取到,則成功獲取並持有鎖。
Lock 接口能被中斷地獲取鎖 與 synchronized 不一樣,獲取到鎖的線程可以響應中斷,當獲取到的鎖的線程被中斷時,中斷異常將會被拋出,同時鎖會被釋放。
Lock 接口在指定的截止時間以前獲取鎖,若是截止時間到了依舊沒法獲取鎖,則返回。
Condition的功能相似於在傳統的線程技術中的,Object.wait()和Object.notify()的功能。
package com.hongmoshui.test04; import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; class Res { public String userName; public String sex; public boolean flag = false; Lock lock = new ReentrantLock(); } class InputThread extends Thread { private Res res; Condition newCondition; public InputThread(Res res, Condition newCondition) { this.res = res; this.newCondition = newCondition; } @Override public void run() { int count = 0; while (true) { try { res.lock.lock(); if (res.flag) { try { newCondition.await(); } catch (Exception e) { } } if (count == 0) { res.userName = "洪墨水"; res.sex = "男"; } else { res.userName = "小紅"; res.sex = "女"; } count = (count + 1) % 2; res.flag = true; newCondition.signal(); } catch (Exception e) { } finally { res.lock.unlock(); } } } } class OutThrad extends Thread { private Res res; private Condition newCondition; public OutThrad(Res res, Condition newCondition) { this.res = res; this.newCondition = newCondition; } @Override public void run() { while (true) { try { res.lock.lock(); if (!res.flag) { try { newCondition.await(); } catch (Exception e) { } } System.out.println(res.userName + "," + res.sex); res.flag = false; newCondition.signal(); } catch (Exception e) { } finally { res.lock.unlock(); } } } } public class ThreadDemo01 { public static void main(String[] args) { Res res = new Res(); Condition newCondition = res.lock.newCondition(); InputThread inputThread = new InputThread(res, newCondition); OutThrad outThrad = new OutThrad(res, newCondition); inputThread.start(); outThrad.start(); } }
1. 使用退出標誌,使線程正常退出,也就是當run方法完成後線程終止。
2. 使用stop方法強行終止線程(這個方法不推薦使用,由於stop和suspend、resume同樣,也可能發生不可預料的結果)。
3. 使用interrupt方法中斷線程。
代碼:
package com.hongmoshui.test04; class StopRunnable implements Runnable { private volatile boolean flag = true; public synchronized void run() { while (flag) { try { wait(); } catch (Exception e) { stopThread(); } System.out.println("thread:" + Thread.currentThread().getName() + " run over.."); } } /** * 中止線程 */ public void stopThread() { flag = false; } } /** * 中止線程 */ public class StopThreadDemo { public static void main(String[] args) { StopRunnable stopRunnable = new StopRunnable(); Thread thread1 = new Thread(stopRunnable); Thread thread2 = new Thread(stopRunnable); thread1.start(); thread2.start(); int i = 0; while (true) { System.out.println("thread main.."); if (i == 300) { thread1.interrupt(); thread2.interrupt(); break; } i++; } } }