java进阶知识--线程安全

一、 线程安全

 1.1 概述

    线程安全:在多线程对同一资源并发访问下可能会造成数据的安全问题。

    线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的;若有多个线程同时执行写操作,一般都需要考虑线程同步,否则的话就可能影响线程安全。

    也就是说,我们可以通过考虑线程的同步,来解决线程安全问题。

    java中提供了线程同步机制(synchronized),为了保证每个线程都能正常的执行原子操作,也就是说在某个线程修改共享资源的时候,其他线程不能修改该资源,等待修改完毕同步之后,才能去抢夺CPU资源,完成对应的操作,保证了数据的同步性,从而解决线程安全问题

    同步:同步是阻塞模式,一个线程要阻塞另一个线程的运行,即向服务器发送请求时,必须等待服务端响应后才可以进行下一步动作。

    异步:异步是非阻塞模式,线程之间毫无关系、互不影响,不需要等待服务端响应,就可以进行下一步动作。

 1.2 线程同步

     完成同步操作的三种方式:① 同步代码块  ② 同步方法  ③ 锁机制

   1.2.1 同步代码块

     synchronized关键字可以用于方法中的某个区块中,表示只对这个区块的资源实行互斥访问。

     格式:

      synchronized(同步锁) {
          //需要同步操作的代码
      }

同步代码块中的同步锁:对象的同步锁只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁。

  1. 锁对象可以是任意类型;
  2. 多个线程对象,要使用同一把锁;
  3. 在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,只有在释放锁后,下一个线程才可以抢占进入执行。

   1.2.2 同步方法

     使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证一个线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。

     格式:

      public synchronized void method() {
          //可能会产生线程安全的代码
      }

同步方法中的同步锁:

  1.对于非static同步方法,同步锁就是this;
  2.对于static同步方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。

   1.2.3 锁机制--Lock锁

    java.util.concurrent.locks.Lock机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作,同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。
    Lock锁也称同步锁,加锁与释放锁方法化了,如下:

      • public void lock();  //加同步锁。
      • public void unlock(); //释放同步锁。

    在调用lock锁方法时,需先在成员位置创建一个ReentrantLock对象(ReentrantLock是Lock接口的实现类),然后用对象的引用调取相应的方法。

public class Ticket implements Runnable {
	//共100票
	int ticket = 100;
	
	//创建Lock锁对象
	Lock ck = new ReentrantLock();
	
	@Override
	public void run() {
		//模拟卖票
		while(true){
			//synchronized (lock){
			ck.lock();
				if (ticket > 0) {
					//模拟选坐的操作
					try {
						Thread.sleep(10);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--);
				}
			ck.unlock();
			//}
		}
	}
}

 1.3 简述 synchronized和java.util.concurrent.locks.Lock的异同

      主要相同点:Lock能完成synchronized所实现的所有功能;

      主要不同点:Lock有比synchronized更精确的线程语义和更好的性能;

          synchronized会自动释放锁,而Lock一定要手动释放,并且必须在finally从句中释放。

          Lock还有更强大的功能,例如:Lock的tryLock()方法可以非阻塞方式去拿锁。

二、线程状态

 2.1 概述

    当线程被创建并启动以后,它既不是一启动就进入了执行状态,也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中,有几种状态呢?

    在API中java.lang.Thread.State这个枚举中给出了六种线程状态:

 线程状态 导致状态发生条件 
 New(新建)  线程刚被创建,但是并未启动。还没调用start方法。
 Runnable(可运行)  线程可以在java虚拟机中运行的状态,可能正在运行自己代码,也可能没有,这取决于操作系统处理器。
 Blocked(锁阻塞)  当一个线程试图获取一个对象锁,而该对象锁被其他的线程持有,则该线程进入Blocked状态;当该线程持有锁时,该线程将变成Runnable状态。
 Waiting(无限等待)  一个线程在等待另一个线程执行一个(唤醒)动作时,该线程进入Waiting状态。进入这个状态后是不能自动唤醒的,必须等待另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒。
 Timed Waiting(计时等待)  同waiting状态,有几个方法有超时参数,调用他们将进入Timed Waiting状态。这一状态将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep、object.wait
 Teminated(被终止)  因为run方法正常退出而死亡,或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡。

 2.2 Timed Waiting(计时等待)

    计时等待,顾名思义就是给线程设置一个等待时间,使得线程进入等待状态,这一状态将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。

    带有超时参数的常用方法有Thread.sleep、object.wait。

 2.3 Blocked(锁阻塞)

    一个正在阻塞等待一个监视器锁(锁对象)的线程处于这一状态。

 2.4 Waiting(无限等待)

    一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的(唤醒)动作的线程处于这一状态。——Waiting(无限等待)

    进入waiting状态的方法: 锁对象.wait();//无限等待,注意:wait方法若带参,则进入计时等待状态

    唤醒线程的方法:

      ① 锁对象.notify();  //唤醒一个线程

      ② 锁对象.notifyAll(); //唤醒所有线程

 

三、等待唤醒机制

 3.1 线程间通信

    概述:多个线程在处理同一个资源,但是处理的动作(线程的任务)却不相同。比如线程A为生产者,线程B为消费则,那么线程A、B之间就存在线程通信问题。

    为什么需要线程间通信:

      多个线程并发执行时, 在默认情况下CPU是随机切换线程的,当我们需要多个线程来共同完成一件任务,并且我们希望他们有规律的执行, 那么多线程之间需要一些协调通信,以此来帮我们达到多线程共同操作一份数据。

    如何保证线程间通信有效利用资源:

      多个线程在处理同一个资源,并且任务不同时,需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。 就是多个线程在操作同一份数据时, 避免对同一共享变量的争夺。也就是我们需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。

 3.2 等待唤醒机制

    概述:线程间除了有竞争,也有协作。就是在一个线程进行了规定操作后,就进入等待状态(wait()), 等待其他线程执行完他们的指定代码过后再将其唤醒(notify());在有多个线程进行等待时, 如果需要,可以使用 notifyAll()来唤醒所有的等待线程。

      wait/notify 就是线程间的一种协作机制。等待唤醒机制其实就是经典的“生产者与消费者”的问题。

    调用wait和notify方法需要注意的细节

    1. wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为:对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对象调用的wait方法后的线程。

    2. wait方法与notify方法是属于Object类的。因为:锁对象可以是任意对象,而任意对象的所属类都是继承了Object类的。

    3. wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为:必须要通过锁对象调用这2个方法。 

 

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