Java中的線程安全問題詳細解析

更新時間：2023年11月17日 10:16:58 作者：牧碼ya

這篇文章主要介紹了Java中的線程安全問題詳細解析,線程安全是如果有多個線程在同時運行,而這些線程可能會同時運行這段代碼,程序每次運行結(jié)果和單線程運行的結(jié)果是一樣的,而且其他的變量的值也和預期的是一樣的,此時我們就稱之為是線程安全的,需要的朋友可以參考下

線程安全

線程安全：如果有多個線程在同時運行，而這些線程可能會同時運行這段代碼。程序每次運行結(jié)果和單線程運行的結(jié)果是一樣的，而且其他的變量的值也和預期的是一樣的，此時我們就稱之為是線程安全的。

我們通過一個案例，演示線程的安全問題：

電影院賣票，使用了A、B、C三個窗口進行賣票，電影票總數(shù)為100張

采用線程對象來模擬賣票窗口A、B、C；使用Runnable接口的子類來模擬買的電影票

模擬電影票：

public class Ticket implements Runnable{
    // 在成員位置 定義票的總數(shù)100
    int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        // 模擬買票窗口
        // 買票窗口永遠開啟
        while (true){
            // 判斷是否還有票可以賣
            if(ticket > 0){
                // 使用sleep增加“程序的時間”--每張票賣50ms
                try {
                    Thread.sleep(50);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 獲得線程名稱 即買票窗口名稱
                String name = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println(name + "賣掉第" + ticket-- + "票");
            }
        }
    }
}

模擬買票：

/**
 * 模擬買票操作
 *    假設一場電影有100張票
 *    三個窗口同時買票
 *
 *    窗口  線程對象
 *    買票  線程任務 實現(xiàn)runnable接口
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建買票任務對象
        Ticket ticket = new Ticket();

        // 創(chuàng)建三個窗口
        Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口A");
        Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口B");
        Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口C");

        // 開啟線程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

運行結(jié)果：

窗口A賣掉第100張票
窗口C賣掉第98張票
窗口B賣掉第99張票
窗口A賣掉第97張票
窗口B賣掉第95張票
窗口C賣掉第96張票
窗口C賣掉第94張票 ⇐
窗口B賣掉第94張票 ⇐
窗口A賣掉第94張票 ⇐
...
窗口C賣掉第1張票
窗口A賣掉第0張票
窗口B賣掉第-1張票 ⇐

發(fā)現(xiàn)程序出現(xiàn)了兩個問題：

1. 相同的票數(shù)被賣了多次，如第94張被三個窗口都賣了

2. 賣出了不存在的票，如窗口B賣掉了第-1張票

此時，幾個窗口(線程)票數(shù)不同步了，這種問題稱為線程不安全。

線程安全問題都是有全局變量即靜態(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

線程同步

當我們使用多個線程訪問同一資源的時候，且多個線程中對資源有些的操作，就容易出現(xiàn)線程安全問題

要解決上述多想成并發(fā)訪問一個資源的安全性問題：也就是解決重復賣同一張票和賣不存在的票問題，Java中提供了同步機制(synchronized)來解決

根據(jù)案例簡述：

窗口A線程進入操作(買票)的時候，窗口B和窗口C線程只能在外等著，窗口A操作結(jié)束，窗口A、窗口B和窗口C(CPU分配內(nèi)存是隨機的，所以還有可能是窗口A進入)才有機會進入代碼去執(zhí)行。

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。

為了保證每個線程都能正常執(zhí)行原子操作，Java引入了線程同步機制。

有三種方式完成同步操作：

1. 同步代碼塊

2. 同步方法

3. 鎖機制

同步代碼塊

同步代碼塊：synchronized 關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。

格式：

synchronized(同步鎖){
    // 需要同步的操作的代碼
}

同步鎖：

對象的同步鎖只是一個概念，可以想象為在對象上標記了一個鎖。

1. 鎖對象可以是任意類型

2. 多個線程對象要使用同一把鎖

注意：在任何時候，最多允許一個線程擁有同步鎖，誰拿到就進入代碼塊，其他的線程只能在外等著

使用同步代碼塊解決賣票問題：

/**
 * synchronized(鎖對象){
 *
 * }
 * 1. 鎖對象可以是任意類型
 * 2. 互斥線程需要使用同一把鎖
 */
public class Ticket implements Runnable{
    // 在成員位置 定義票的總數(shù)100
    int ticket = 100;

    Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {
        // 模擬買票窗口
        // 買票窗口永遠開啟
        while (true){
            // 同步鎖
            synchronized (obj){
                // 判斷是否還有票可以賣
                if(ticket > 0){
                    // 使用sleep增加“程序的時間”--每張票賣50ms
                    try {
                        Thread.sleep(50);
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    // 獲得線程名稱 即買票窗口名稱
                    String name = Thread.currentThread().getName();
                    System.out.println(name + "賣掉第" + ticket-- + "票");
                }
            }

        }
    }
}

執(zhí)行結(jié)果：