三道java新手入門面試題,通往自由的道路--多線程
1. 你知道線程安全問題嗎?
線程安全問題:一般指在多線程模式下,多個線程對同一個共享數(shù)據(jù)進行操作時,第一個線程還沒來得及更新共享數(shù)據(jù),從而導(dǎo)致另外一個線程沒得到最新的數(shù)據(jù),并更新數(shù)據(jù),從而產(chǎn)生線程安全問題。比較常見的場景有買票。
我舉個例子吧:
需求:比如買周杰倫演唱會的門票,此時有三個窗口同時賣總共100張票。窗口就是線程對象,而100張票的資源,此時就相當(dāng)于多個線程去搶占cpu的資源去搶對票的使用權(quán)。
嘿嘿,這是在大學(xué)時期和MyGirl去看滴,現(xiàn)在想去看也沒辦法了。話不多說,我們還是來看看代碼吧:
public class SellTicketDemo { public static void main(String[] args) { // 創(chuàng)建線程任務(wù)對象 Ticket ticket = new Ticket(); //創(chuàng)建三個窗口對象 Thread thread = new Thread(ticket, "窗口1"); Thread thread2 = new Thread(ticket, "窗口2"); Thread thread3 = new Thread(ticket, "窗口3"); //同時賣票 thread.start(); thread2.start(); thread3.start(); } } // 創(chuàng)建Ticket實現(xiàn)Runnale class Ticket implements Runnable { private int ticket = 100; // 100張周杰倫演唱會門票 // 執(zhí)行買票的邏輯 @Override public void run() { // 注意每個窗口都有賣票的權(quán)利 while (true) { if (ticket > 0) { // 有票 可以賣 // 出票: 因為進來買票,總有出票,總會慢慢沒票的吧 try { // 這里采用sleep稍微等待下,模擬一下出票時間 。 Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 獲取當(dāng)前線程對象的名字 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在賣:" + ticket--); } } } }
這里講下: 我們創(chuàng)建了Ticket實現(xiàn)Runnable接口,并重寫里面的run方法實現(xiàn)買票的功能,并定義了一個共享的變量。并在main方法中創(chuàng)建了三個線程去實現(xiàn)三個窗口買票的功能。最后我們來看看結(jié)果吧:
在你多運行幾次,可以看到這樣的現(xiàn)象:
- 賣出了不存在的票,比如0票與-1票,是不存在滴。而且這種情況根本不允許發(fā)生呀,誰會賣0張甚至-1張票呢。
- 出現(xiàn)多賣相同的票數(shù),比如8和1這張票被賣了三回。那這就很過分了呦,一張票還可以賣三個人哈哈。
這些問題的發(fā)生就代表我們剛才是線程不安全的了。那線程安全問題具體是什么呢?我們可以總結(jié)得到:
是由全局變量及靜態(tài)變量引起的。若每個線程中對全局變量、靜態(tài)變量只有讀操作,而無寫操作,一般來說,這個全局變量是線程安全的;若有多個線程同時執(zhí)行寫操作,一般都需要考慮線程同步,否則的話就可能影響線程安全。
那可能發(fā)生線程安全問題的條件:
- 是否多線程環(huán)境下,單線程情況去對數(shù)據(jù)操作,當(dāng)然是沒什么問題滴啦!
- 是否存在共享變量,如上面的代碼中,定義了一個全局變量ticket的演唱會門票,多個線程會共享這一變量。
- 是否存在多條語句操作共享數(shù)據(jù),如上面的代碼中,你在賣出票后,ticket變量肯定需要減少滴呀,所以對ticket進行了減的操作了。
2. 那如何解決線程安全問題呢?
我們可以引入線程同步解決線程安全問題。在上面賣票問題中,多線程并發(fā)訪問一個資源的安全性問題:也就是解決重復(fù)票與不存在票問題,Java中提供了同步機制(synchronized
)來解決。
即具體的解決思路是這樣的:
1.窗口1線程進入買票的時候,窗口2和窗口3線程只能在外等著,此時是不能進行買票的操作的,只能等待窗口1買票完畢后,就進入到窗口1和窗口2和窗口3再次搶占cpu的資源去執(zhí)行賣票功能。
2.也就是說在某個線程修改共享資源的時候,其他線程不能修改該資源,等待修改完畢同步之后,才能去搶奪CPU資源,完成對應(yīng)的操作,保證了數(shù)據(jù)的同步性,解決了線程不安全的現(xiàn)象。
而synchronized
關(guān)鍵字又給我們提供幾種方法呢:
1.實現(xiàn)同步代碼塊:synchronized
關(guān)鍵字可以用于方法中的某個區(qū)塊中,表示只對這個區(qū)塊的資源實行互斥訪問。
2.實現(xiàn)同步方法:使用synchronized
修飾的方法,就叫做同步方法,保證一個線程執(zhí)行該方法的時候,其他線程只能在方法外等著。
public class SynchronizedDemo { // 加在方法上 實際是對this對象加鎖 private synchronized void synchronizedTest() { } // 同步代碼塊,鎖對象可以是任意的,可以使用this,或者類.class對象,或者任意對象都可以 private void synchronizedTest2(){ synchronized (this){ } } // 加在靜態(tài)方法上 實際是對類對象加鎖 private synchronized static void synchronizedTest3() { } }
除了synchronized 關(guān)鍵字,還有Lock 鎖,與此種方法需要自己定義鎖的釋放位置。
Lock lock = new ReentrantLock(); lock.lock(); // 自己定義開啟鎖位置 try { System. out. println("我們獲得了鎖"); } catch (Exception e) { } finally { System. out. println("我們釋放了鎖"); lock.unlock();// 需要自己定義釋放鎖位置,不然會存在死鎖問題。 }
那我們總結(jié)下:
我們怎么保證安全問題:
1.使用synchronized關(guān)鍵字,實現(xiàn)同步代碼塊或者同步方法。達到保證一個線程對資源操作的時候,其他線程只能等待。
2.用手動鎖 Lock,使用Lock鎖出現(xiàn)的位置可以相對比較靈活,但是必須有釋放鎖的配合動作。
兩者的區(qū)別:
- synchronized 它是Java中的關(guān)鍵字,而Lock是一個類,它是個接口一般我們會使用ReentrantLock來創(chuàng)建實例對象。synchronized 它可以修飾在類、方法、變量中,可以實現(xiàn)同步代碼塊,而ReentrantLock只適用于代碼塊鎖。
- synchronized 操作的應(yīng)該是對象頭中 mark word,而ReentrantLock 底層調(diào)用的是 Unsafe 的park 方法加鎖。
- ReentrantLock 必須手動獲取與釋放鎖,而synchronized 不需要手動釋放和開啟鎖。
- 兩者都是可重入鎖??芍厝腈i就是允許同一個線程多次獲取同一把鎖,如果某個線程已經(jīng)獲得某個鎖,自己可以再次獲取鎖而不會出現(xiàn)死鎖。而如果是不可鎖重入的話,就會造成死鎖。
3. 那你講下死鎖是什么吧?
死鎖是指兩個或兩個以上的進程(線程)在執(zhí)行過程中,由于競爭資源或者由于彼此通信而造成的一種阻塞的現(xiàn)象,若無外力作用,它們都將無法推進下去。此時稱系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)或系統(tǒng)產(chǎn)生了死鎖,這些永遠(yuǎn)在互相等待的進程(線程)稱為死鎖進程(線程)。
舉個例子:你和你女朋友吵架,你們開始互掐頭發(fā),你揪著她秀長的長發(fā),而她揪著你寸頭,你們倆疼痛不比,但是彼此都是暴脾氣,彼此發(fā)狠的說你放不放,不放我也不放,看先疼死了!此時你們互相觀望著對方,喊著誓不放手?,F(xiàn)在就相當(dāng)產(chǎn)生了死鎖現(xiàn)象,互相等待。
我們來簡單演示下線程死鎖的代碼吧:
public class DeadlockDemo { public static void main(String[] args) { MyRunnable myRunnable = new MyRunnable(); new Thread(myRunnable, "看戲觀眾1看到").start(); new Thread(myRunnable, "看戲觀眾2看到").start(); } } class MyRunnable implements Runnable { Object me = new Object(); Object myGirl = new Object(); @Override public void run() { synchronized (me) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "me:我要掐死你!你放不放呀"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "me:你放手我就放手!"); synchronized (myGirl) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "me:你倒是快放手呀!你不疼嗎?"); } } synchronized (myGirl) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "myGirl:老娘我才要掐死你!你還不放?你今晚誰地板吧!"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "myGirl:是你放手才對!"); synchronized (me) {// t1 , objB, 拿不到A鎖,等待 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "myGirl:看來你今晚要睡地板啊"); } } } }
先看看結(jié)果:
首先可以看到我們的進程還在運行狀態(tài),但是都不往下運行代碼了,為什么呢,我們來分析來:
此時的狀態(tài)是線程1在執(zhí)行第二個synchronized (myGirl) 這個同步代碼塊里中,還在等待me放手的時候,此時線程2又進來了,執(zhí)行了第一個synchronized (me)這一個同步代碼塊中,相當(dāng)于把me這個鎖鎖住了。
而線程1此時想進入第二個synchronized (me)的時候,發(fā)現(xiàn)這個me的鎖被人拿了就陷入等待狀態(tài),而線程2發(fā)現(xiàn)要進入到第一個synchronized (myGirl) 中,myGirl又被線程1拿住了,也陷入了等待狀態(tài)。此時狀態(tài)就是兩個人在互相等待對方結(jié)束釋放鎖,陷入了無限等待的狀態(tài)。
而產(chǎn)生死鎖的必要條件有:
兩個或兩個以上的線程在執(zhí)行過程中,因爭奪資源而造成了互相等待的狀態(tài)。
- 互斥條件:線程對于所分配到的資源具有排它性,即一個資源只能被一個線程占用,直到被該線程(進程)釋放。
- 請求與保持條件:一個線程因請求被占用資源而發(fā)生阻塞時,對已獲得的資源保持不放,即一個線程在已經(jīng)有一個資源的資格后,又提出了新的資源請求。
- 不剝奪條件:線程已獲得的資源在末使用完之前不能被其他線程強行剝奪,只有自己使用完畢后才釋放資源。
- 循環(huán)等待條件:當(dāng)發(fā)生死鎖時,所等待的線程必定會形成一個資源的環(huán)形鏈(類似于死循環(huán)),造成永久阻塞。
總結(jié)
這篇文章就到這里了,如果這篇文章對你也有所幫助,希望您能多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!
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