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-0 obj1
synchronized(obj2)
{

}

}
//Thread-1
synchronized(obj2)
{
Thread-1 obj2
synchronized(obj1)
{

}

}

 例如

class Ticket implements Runnable
{
private int tickets = 100;
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>0)
{
try{Thread.sleep(10);}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(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();
}
}

 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;
    
    //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;
    
    //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

/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;

    //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 = 1;

    //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 = 1;

//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();
}
}