线程安全问题 1在 Java多线程编程中多个线程可能会同时访问和修改同一个共享资源。当多个线程并发执行时如果没有采取适当的同步机制就可能导致数据不一致、数据丢失等问题这种现象称为线程安全问题。核心当多个线程同时操作共享数据时如何保证数据的正确性和一致性。银行账户余额、库存数量、售票系统中的剩余票数等都属于典型的共享资源。线程生命周期如果想让它更像技术文档里的状态图可以用这一版 markdown text ┌─────────────┐ │ NEW 新建状态 │ └──────┬──────┘ │ start() ↓ ┌────────────────┐ │ RUNNABLE 可运行 │ └──────┬─────────┘ │ │ CPU调度执行 ↓ ┌────────────────┐ │ 执行 run() 方法 │ └──────┬─────────┘ │ ├──────────────┬──────────────┬──────────────┐ ↓ ↓ ↓ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────────┐ │ BLOCKED │ │ WAITING │ │TIMED_WAITING │ │ 等待锁 │ │ 等待唤醒 │ │ 计时等待 │ └────┬─────┘ └────┬─────┘ └──────┬───────┘ │ │ │ │ 获取锁 │ notify() │ 时间结束 │ │ │ └──────────────┴────────────────┘ ↓ ┌────────────────┐ │ RUNNABLE 可运行 │ └───────┬────────┘ │ │ run()执行结束 ↓ ┌─────────────────┐ │ TERMINATED 结束 │ └─────────────────┘阻塞Blocked与等待Waiting区别对比BlockedWaiting原因等待获取锁等待其他线程通知是否主动进入否是恢复方式获得锁notify唤醒典型方法synchronizedwait()Blocked想工作但是没有拿到锁Waiting暂时不工作需要别人叫醒线程执行与非原子操作1.原子操作**原子操作Atomic Operation**指一个操作在执行过程中不会被线程调度机制打断要么全部执行完成要么完全不执行。examplei实际上包含多个步骤1从内存读取 i 当前值读取数据2对 i 进行 1 操作修改数据3将新的结果写回内存写回数据这三个步骤之间可能被其他线程打断因此并不是原子操作i- -、i不是原子操作代码的执行过程可以被中断2.非原子操作产生的问题若两个线程同时执行i;i 初始值为 0线程A执行读取 i0此时线程失去 CPU 执行权线程B执行读取 i0i;写回1随后线程A继续执行i;写回1最终结果两个 i 值都为1example模拟售票系统共有100张票两个窗口同时售票多个线程共享同一个票数变量代码 Ticket 类publicclassTicket{publicinttick100;}线程 UserThread 类publicclassUserThreadimplementsRunnable{publicTickettk;publicUserThread(Tickettk){this.tktk;}publicvoidrun(){for(inti0;i50;i){try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedExceptione){thrownewRuntimeException(e);}//同步代码块保证被同步的代码不被中断synchronized(this){System.out.println(Thread.currentThread().getName():买到了tk.tick 号票。);tk.tick--;}}}//同步方法默认监视器对象 thispublicsynchronizedvoidmp(){System.out.println(Thread.currentThread().getName():买到了tk.tick 号票。);tk.tick--;}}启动线程 Demo 类publicclassDemo{publicstaticvoidmain(String[]args){TickettknewTicket();UserThreadutnewUserThread(tk);newThread(ut,USER1).start();newThread(ut,USER2).start();}}可能出现的问题1重票多个线程同时读取同一个票号一张票被出售两次2漏票由于线程之间互相覆盖数据导致某号票直接消失原因多线程同时访问共享变量而票数修改操作不是原子操作。线程同步机制 synchronized为了解决线程安全问题Java 提供了 synchronized 关键字作用保证同一时间只有一个线程执行同步代码保证共享数据的一致性将非原子操作变成原子操作基本语法synchronized(监视器(对象锁)){//需要同步的代码}监视器对象锁任何一个对象都可以作为一个监视器一把锁在并发情况下所有线程必须使用同一个监视器唯一性。工作原理当一个线程进入同步代码块线程A | 获得锁 | 执行同步代码 | 释放锁其他线程线程B | 等待锁 | A释放锁后才能进入因此保证同一时间只有一个线程修改票数锁对象唯一性synchronized 同步的关键是所有线程必须使用同一把锁。任何对象都可以作为监视器锁对象。examplesynchronized(tk){}其中 “tk” 就是锁,多个线程必须共享同一个 tk 对象。若锁对象不唯一UserThreadu1newUserThread(tk);UserThreadu2newUserThread(tk);两个线程对象 “u1” “u2” 分别拥有自己的 this,实际上线程1锁 u1对象线程2锁 u2对象两把锁无法互相限制因此同步失败。同步方法定义方式在方法前添加 synchronizedpublicsynchronizedvoidmp(){System.out.println(Thread.currentThread().getName():买到了tk.tick 号票。);tk.tick--;}}Runnable 接口与同步方法若使用 Thread 继承方式classUserThreadextendsThread创建多个线程newUserThread().start();newUserThread().start();会产生线程1 → 一个UserThread对象线程2 → 一个UserThread对象此时 this 不同同步方法锁失效。正确方法 使用RunnableUserThreadutnewUserThread(tk);newThread(ut,USER1).start();newThread(ut,USER2).start();结构UserThread对象 | ----------------- | | USER1线程 USER2线程两个线程共享同一个 Runnable 对象this 唯一同步方法才能正常工作。
线程安全问题 1在 Java多线程编程中多个线程可能会同时访问和修改同一个共享资源。当多个线程并发执行时如果没有采取适当的同步机制就可能导致数据不一致、数据丢失等问题这种现象称为线程安全问题。核心当多个线程同时操作共享数据时如何保证数据的正确性和一致性。银行账户余额、库存数量、售票系统中的剩余票数等都属于典型的共享资源。线程生命周期如果想让它更像技术文档里的状态图可以用这一版 markdown text ┌─────────────┐ │ NEW 新建状态 │ └──────┬──────┘ │ start() ↓ ┌────────────────┐ │ RUNNABLE 可运行 │ └──────┬─────────┘ │ │ CPU调度执行 ↓ ┌────────────────┐ │ 执行 run() 方法 │ └──────┬─────────┘ │ ├──────────────┬──────────────┬──────────────┐ ↓ ↓ ↓ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────────┐ │ BLOCKED │ │ WAITING │ │TIMED_WAITING │ │ 等待锁 │ │ 等待唤醒 │ │ 计时等待 │ └────┬─────┘ └────┬─────┘ └──────┬───────┘ │ │ │ │ 获取锁 │ notify() │ 时间结束 │ │ │ └──────────────┴────────────────┘ ↓ ┌────────────────┐ │ RUNNABLE 可运行 │ └───────┬────────┘ │ │ run()执行结束 ↓ ┌─────────────────┐ │ TERMINATED 结束 │ └─────────────────┘阻塞Blocked与等待Waiting区别对比BlockedWaiting原因等待获取锁等待其他线程通知是否主动进入否是恢复方式获得锁notify唤醒典型方法synchronizedwait()Blocked想工作但是没有拿到锁Waiting暂时不工作需要别人叫醒线程执行与非原子操作1.原子操作**原子操作Atomic Operation**指一个操作在执行过程中不会被线程调度机制打断要么全部执行完成要么完全不执行。examplei实际上包含多个步骤1从内存读取 i 当前值读取数据2对 i 进行 1 操作修改数据3将新的结果写回内存写回数据这三个步骤之间可能被其他线程打断因此并不是原子操作i- -、i不是原子操作代码的执行过程可以被中断2.非原子操作产生的问题若两个线程同时执行i;i 初始值为 0线程A执行读取 i0此时线程失去 CPU 执行权线程B执行读取 i0i;写回1随后线程A继续执行i;写回1最终结果两个 i 值都为1example模拟售票系统共有100张票两个窗口同时售票多个线程共享同一个票数变量代码 Ticket 类publicclassTicket{publicinttick100;}线程 UserThread 类publicclassUserThreadimplementsRunnable{publicTickettk;publicUserThread(Tickettk){this.tktk;}publicvoidrun(){for(inti0;i50;i){try{Thread.sleep(10);}catch(InterruptedExceptione){thrownewRuntimeException(e);}//同步代码块保证被同步的代码不被中断synchronized(this){System.out.println(Thread.currentThread().getName():买到了tk.tick 号票。);tk.tick--;}}}//同步方法默认监视器对象 thispublicsynchronizedvoidmp(){System.out.println(Thread.currentThread().getName():买到了tk.tick 号票。);tk.tick--;}}启动线程 Demo 类publicclassDemo{publicstaticvoidmain(String[]args){TickettknewTicket();UserThreadutnewUserThread(tk);newThread(ut,USER1).start();newThread(ut,USER2).start();}}可能出现的问题1重票多个线程同时读取同一个票号一张票被出售两次2漏票由于线程之间互相覆盖数据导致某号票直接消失原因多线程同时访问共享变量而票数修改操作不是原子操作。线程同步机制 synchronized为了解决线程安全问题Java 提供了 synchronized 关键字作用保证同一时间只有一个线程执行同步代码保证共享数据的一致性将非原子操作变成原子操作基本语法synchronized(监视器(对象锁)){//需要同步的代码}监视器对象锁任何一个对象都可以作为一个监视器一把锁在并发情况下所有线程必须使用同一个监视器唯一性。工作原理当一个线程进入同步代码块线程A | 获得锁 | 执行同步代码 | 释放锁其他线程线程B | 等待锁 | A释放锁后才能进入因此保证同一时间只有一个线程修改票数锁对象唯一性synchronized 同步的关键是所有线程必须使用同一把锁。任何对象都可以作为监视器锁对象。examplesynchronized(tk){}其中 “tk” 就是锁,多个线程必须共享同一个 tk 对象。若锁对象不唯一UserThreadu1newUserThread(tk);UserThreadu2newUserThread(tk);两个线程对象 “u1” “u2” 分别拥有自己的 this,实际上线程1锁 u1对象线程2锁 u2对象两把锁无法互相限制因此同步失败。同步方法定义方式在方法前添加 synchronizedpublicsynchronizedvoidmp(){System.out.println(Thread.currentThread().getName():买到了tk.tick 号票。);tk.tick--;}}Runnable 接口与同步方法若使用 Thread 继承方式classUserThreadextendsThread创建多个线程newUserThread().start();newUserThread().start();会产生线程1 → 一个UserThread对象线程2 → 一个UserThread对象此时 this 不同同步方法锁失效。正确方法 使用RunnableUserThreadutnewUserThread(tk);newThread(ut,USER1).start();newThread(ut,USER2).start();结构UserThread对象 | ----------------- | | USER1线程 USER2线程两个线程共享同一个 Runnable 对象this 唯一同步方法才能正常工作。
