Java 多線程實例詳解（三）

更新時間：2016年09月05日 16:26:13 作者：Corn

本文主要介紹 java 線程安全的知識，這里整理了相關資料及實現(xiàn)示例代碼，有興趣的小伙伴可以參考下

本文主要接著前面多線程的兩篇文章總結Java多線程中的線程安全問題。

一.一個典型的Java線程安全例子

public class ThreadTest {

 public static void main(String[] args) {
  Account account = new Account("123456", 1000);
  DrawMoneyRunnable drawMoneyRunnable = new DrawMoneyRunnable(account, 700);
  Thread myThread1 = new Thread(drawMoneyRunnable);
  Thread myThread2 = new Thread(drawMoneyRunnable);
  myThread1.start();
  myThread2.start();
 }

}

class DrawMoneyRunnable implements Runnable {

 private Account account;
 private double drawAmount;

 public DrawMoneyRunnable(Account account, double drawAmount) {
  super();
  this.account = account;
  this.drawAmount = drawAmount;
 }

 public void run() {
  if (account.getBalance() >= drawAmount) { //1
   System.out.println("取錢成功， 取出錢數(shù)為：" + drawAmount);
   double balance = account.getBalance() - drawAmount;
   account.setBalance(balance);
   System.out.println("余額為：" + balance);
  }
 }
}

class Account {

 private String accountNo;
 private double balance;

 public Account() {

 }

 public Account(String accountNo, double balance) {
  this.accountNo = accountNo;
  this.balance = balance;
 }

 public String getAccountNo() {
  return accountNo;
 }

 public void setAccountNo(String accountNo) {
  this.accountNo = accountNo;
 }

 public double getBalance() {
  return balance;
 }

 public void setBalance(double balance) {
  this.balance = balance;
 }

}

上面例子很容易理解，有一張銀行卡，里面有1000的余額，程序模擬你和你老婆同時在取款機進行取錢操作的場景。多次運行此程序，可能具有多個不同組合的輸出結果。其中一種可能的輸出為：

1 取錢成功，取出錢數(shù)為：700.0
2 余額為：300.0
3 取錢成功，取出錢數(shù)為：700.0
4 余額為：-400.0

也就是說，對于一張只有1000余額的銀行卡，你們一共可以取出1400，這顯然是有問題的。

經過分析，問題在于Java多線程環(huán)境下的執(zhí)行的不確定性。CPU可能隨機的在多個處于就緒狀態(tài)中的線程中進行切換，因此，很有可能出現(xiàn)如下情況：當thread1執(zhí)行到//1處代碼時，判斷條件為true，此時CPU切換到thread2，執(zhí)行//1處代碼，發(fā)現(xiàn)依然為真，然后執(zhí)行完thread2，接著切換到thread1，接著執(zhí)行完畢。此時，就會出現(xiàn)上述結果。

因此，講到線程安全問題，其實是指多線程環(huán)境下對共享資源的訪問可能會引起此共享資源的不一致性。因此，為避免線程安全問題，應該避免多線程環(huán)境下對此共享資源的并發(fā)訪問。

二.同步方法

對共享資源進行訪問的方法定義中加上synchronized關鍵字修飾，使得此方法稱為同步方法?？梢院唵卫斫獬蓪Υ朔椒ㄟM行了加鎖，其鎖對象為當前方法所在的對象自身。多線程環(huán)境下，當執(zhí)行此方法時，首先都要獲得此同步鎖（且同時最多只有一個線程能夠獲得），只有當線程執(zhí)行完此同步方法后，才會釋放鎖對象，其他的線程才有可能獲取此同步鎖，以此類推...

在上例中，共享資源為account對象，當使用同步方法時，可以解決線程安全問題。只需在run()方法前加上synshronized關鍵字即可。

 public synchronized void run() {
  
 // ....
 
}

三.同步代碼塊

正如上面所分析的那樣，解決線程安全問題其實只需限制對共享資源訪問的不確定性即可。使用同步方法時，使得整個方法體都成為了同步執(zhí)行狀態(tài)，會使得可能出現(xiàn)同步范圍過大的情況，于是，針對需要同步的代碼可以直接另一種同步方式——同步代碼塊來解決。

同步代碼塊的格式為：

 synchronized (obj) {
    
  //...
 
 }

其中，obj為鎖對象，因此，選擇哪一個對象作為鎖是至關重要的。一般情況下，都是選擇此共享資源對象作為鎖對象。

如上例中，最好選用account對象作為鎖對象。（當然，選用this也是可以的，那是因為創(chuàng)建線程使用了runnable方式，如果是直接繼承Thread方式創(chuàng)建的線程，使用this對象作為同步鎖會其實沒有起到任何作用，因為是不同的對象了。因此，選擇同步鎖時需要格外小心...）

四.Lock對象同步鎖

上面我們可以看出，正因為對同步鎖對象的選擇需要如此小心，有沒有什么簡單點的解決方案呢？以方便同步鎖對象與共享資源解耦，同時又能很好的解決線程安全問題。

使用Lock對象同步鎖可以方便的解決此問題，唯一需要注意的一點是Lock對象需要與資源對象同樣具有一對一的關系。Lock對象同步鎖一般格式為：

class X {
 
 // 顯示定義Lock同步鎖對象，此對象與共享資源具有一對一關系
 private final Lock lock = new ReentrantLock();
 
 public void m(){
  // 加鎖
  lock.lock();
  
  //... 需要進行線程安全同步的代碼
  
  // 釋放Lock鎖
  lock.unlock();
 }
 
}

五.wait()/notify()/notifyAll()線程通信

在博文《Java總結篇系列：java.lang.Object》中有提及到這三個方法，雖然這三個方法主要都是用于多線程中，但實際上都是Object類中的本地方法。因此，理論上，任何Object對象都可以作為這三個方法的主調，在實際的多線程編程中，只有同步鎖對象調這三個方法，才能完成對多線程間的線程通信。

wait()：導致當前線程等待并使其進入到等待阻塞狀態(tài)。直到其他線程調用該同步鎖對象的notify()或notifyAll()方法來喚醒此線程。

notify()：喚醒在此同步鎖對象上等待的單個線程，如果有多個線程都在此同步鎖對象上等待，則會任意選擇其中某個線程進行喚醒操作，只有當前線程放棄對同步鎖對象的鎖定，才可能執(zhí)行被喚醒的線程。

notifyAll()：喚醒在此同步鎖對象上等待的所有線程，只有當前線程放棄對同步鎖對象的鎖定，才可能執(zhí)行被喚醒的線程。

package com.qqyumidi;

public class ThreadTest {

 public static void main(String[] args) {
  Account account = new Account("123456", 0);

  Thread drawMoneyThread = new DrawMoneyThread("取錢線程", account, 700);
  Thread depositeMoneyThread = new DepositeMoneyThread("存錢線程", account, 700);

  drawMoneyThread.start();
  depositeMoneyThread.start();
 }

}

class DrawMoneyThread extends Thread {

 private Account account;
 private double amount;

 public DrawMoneyThread(String threadName, Account account, double amount) {
  super(threadName);
  this.account = account;
  this.amount = amount;
 }

 public void run() {
  for (int i = 0; i < 100; i++) {
   account.draw(amount, i);
  }
 }
}

class DepositeMoneyThread extends Thread {

 private Account account;
 private double amount;

 public DepositeMoneyThread(String threadName, Account account, double amount) {
  super(threadName);
  this.account = account;
  this.amount = amount;
 }

 public void run() {
  for (int i = 0; i < 100; i++) {
   account.deposite(amount, i);
  }
 }
}

class Account {

 private String accountNo;
 private double balance;
 // 標識賬戶中是否已有存款
 private boolean flag = false;

 public Account() {

 }

 public Account(String accountNo, double balance) {
  this.accountNo = accountNo;
  this.balance = balance;
 }

 public String getAccountNo() {
  return accountNo;
 }

 public void setAccountNo(String accountNo) {
  this.accountNo = accountNo;
 }

 public double getBalance() {
  return balance;
 }

 public void setBalance(double balance) {
  this.balance = balance;
 }

 /**
  * 存錢
  * 
  * @param depositeAmount
  */
 public synchronized void deposite(double depositeAmount, int i) {

  if (flag) {
   // 賬戶中已有人存錢進去，此時當前線程需要等待阻塞
   try {
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 開始要執(zhí)行wait操作" + " -- i=" + i);
    wait();
    // 1
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 執(zhí)行了wait操作" + " -- i=" + i);
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
   }
  } else {
   // 開始存錢
   System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 存款:" + depositeAmount + " -- i=" + i);
   setBalance(balance + depositeAmount);
   flag = true;

   // 喚醒其他線程
   notifyAll();

   // 2
   try {
    Thread.sleep(3000);
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
   }
   System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-- 存錢 -- 執(zhí)行完畢" + " -- i=" + i);
  }
 }

 /**
  * 取錢
  * 
  * @param drawAmount
  */
 public synchronized void draw(double drawAmount, int i) {
  if (!flag) {
   // 賬戶中還沒人存錢進去，此時當前線程需要等待阻塞
   try {
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 開始要執(zhí)行wait操作" + " 執(zhí)行了wait操作" + " -- i=" + i);
    wait();
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 執(zhí)行了wait操作" + " 執(zhí)行了wait操作" + " -- i=" + i);
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
   }
  } else {
   // 開始取錢
   System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 取錢：" + drawAmount + " -- i=" + i);
   setBalance(getBalance() - drawAmount);

   flag = false;

   // 喚醒其他線程
   notifyAll();

   System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-- 取錢 -- 執(zhí)行完畢" + " -- i=" + i); // 3
  }
 }

}

上面的例子演示了wait()/notify()/notifyAll()的用法。部分輸出結果為：

取錢線程開始要執(zhí)行wait操作執(zhí)行了wait操作 -- i=0
存錢線程存款:700.0 -- i=0
存錢線程-- 存錢 -- 執(zhí)行完畢 -- i=0
存錢線程開始要執(zhí)行wait操作 -- i=1
取錢線程執(zhí)行了wait操作執(zhí)行了wait操作 -- i=0
取錢線程取錢：700.0 -- i=1
取錢線程-- 取錢 -- 執(zhí)行完畢 -- i=1
取錢線程開始要執(zhí)行wait操作執(zhí)行了wait操作 -- i=2
存錢線程執(zhí)行了wait操作 -- i=1
存錢線程存款:700.0 -- i=2
存錢線程-- 存錢 -- 執(zhí)行完畢 -- i=2
取錢線程執(zhí)行了wait操作執(zhí)行了wait操作 -- i=2
取錢線程取錢：700.0 -- i=3
取錢線程-- 取錢 -- 執(zhí)行完畢 -- i=3
取錢線程開始要執(zhí)行wait操作執(zhí)行了wait操作 -- i=4
存錢線程存款:700.0 -- i=3
存錢線程-- 存錢 -- 執(zhí)行完畢 -- i=3
存錢線程開始要執(zhí)行wait操作 -- i=4
取錢線程執(zhí)行了wait操作執(zhí)行了wait操作 -- i=4
取錢線程取錢：700.0 -- i=5
取錢線程-- 取錢 -- 執(zhí)行完畢 -- i=5
取錢線程開始要執(zhí)行wait操作執(zhí)行了wait操作 -- i=6
存錢線程執(zhí)行了wait操作 -- i=4
存錢線程存款:700.0 -- i=5
存錢線程-- 存錢 -- 執(zhí)行完畢 -- i=5
存錢線程開始要執(zhí)行wait操作 -- i=6
取錢線程執(zhí)行了wait操作執(zhí)行了wait操作 -- i=6
取錢線程取錢：700.0 -- i=7
取錢線程-- 取錢 -- 執(zhí)行完畢 -- i=7
取錢線程開始要執(zhí)行wait操作執(zhí)行了wait操作 -- i=8
存錢線程執(zhí)行了wait操作 -- i=6
存錢線程存款:700.0 -- i=7

由此，我們需要注意如下幾點：

1.wait()方法執(zhí)行后，當前線程立即進入到等待阻塞狀態(tài)，其后面的代碼不會執(zhí)行；

2.notify()/notifyAll()方法執(zhí)行后，將喚醒此同步鎖對象上的（任意一個-notify()/所有-notifyAll()）線程對象，但是，此時還并沒有釋放同步鎖對象，也就是說，如果notify()/notifyAll()后面還有代碼，還會繼續(xù)進行，知道當前線程執(zhí)行完畢才會釋放同步鎖對象；

3.notify()/notifyAll()執(zhí)行后，如果右面有sleep()方法，則會使當前線程進入到阻塞狀態(tài)，但是同步對象鎖沒有釋放，依然自己保留，那么一定時候后還是會繼續(xù)執(zhí)行此線程，接下來同2；

4.wait()/notify()/nitifyAll()完成線程間的通信或協(xié)作都是基于不同對象鎖的，因此，如果是不同的同步對象鎖將失去意義，同時，同步對象鎖最好是與共享資源對象保持一一對應關系；

5.當wait線程喚醒后并執(zhí)行時，是接著上次執(zhí)行到的wait()方法代碼后面繼續(xù)往下執(zhí)行的。

當然，上面的例子相對來說比較簡單，只是為了簡單示例wait()/notify()/noitifyAll()方法的用法，但其本質上說，已經是一個簡單的生產者-消費者模式了。

系列文章：

java 多線程實例講解（一）
Java 多線程實例詳解（二）
Java 多線程實例詳解（三）

您可能感興趣的文章: