java 线程同步、死锁

2019/08/30 11:05
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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):

 

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