Java学习笔记-线程安全

线程安全

如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。
现在通过一个案例来延时线程的安全问题：
电影院卖票，一共100张票数，我们现在通过3个窗口来卖100张票：
模拟票：

public class Ticket implements Runnable {
    private int ticket = 100;

    /**
     * 执行卖票操作
     */
    @Override
    public void run() {
        //每个窗口卖票的操作
        //窗口 永远开启
        while (true){
            if(ticket > 0){ //有票，可以卖
                //出票操作
                //使用sleep模拟一下出票时间
                try {
                    Thread.sleep(100);
                }catch (InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
                //获取当前线程对象的名字
                String name = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println(name+"正在卖："+ticket--);
            }
        }
    }
}

测试类：

public static void main(String[] args) {
        //创建线程任务的对象
        Ticket ticket = new Ticket();
        //创建三个窗口对象
        Thread t1 = new Thread(ticket,"窗口1");
        Thread t2 = new Thread(ticket,"窗口2");
        Thread t3 = new Thread(ticket,"窗口3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }

结果中有一部分这样的现象：

发现程序中出现了两个问题：
1.相同的票数，比如5这张票被卖了两回。
2.不存在的票，比如0票与-1票，是不存在的。
这种问题，几个窗口（线程）票数不同步了，这种问题称为线程不安全。

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。

线程同步

当我们使用多个线程访问同一资源的时候，且多个线程中对资源有写的操作，就容易出现线程安全问题。
要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题：也就是解决重复票与不存在票问题，Java中提供了同步机制(synchronized)来解决。
根据案例简述：

窗口1线程进入操作的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操作结束，窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码去执行。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，解决了线程不安全的现象。
为了保证每个线程都能正常执行原子操作Java引入了线程同步机制。有三种方式完成同步操作：
1.同步代码块
2.同步方法
3.锁机制

同步代码块

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）{需要同步的操作代码}

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

注意：在任何时候，最多允许一个线程拥有同步锁，谁拿到锁就进入代码块，其他的线程只能在外等着（BLOCKED）
使用同步代码块解决问题：

public class Ticket implements Runnable {
    private int ticket = 100;

    /**
     * 执行卖票操作
     */
    @Override
    public void run() {
        //每个窗口卖票的操作
        //窗口 永远开启
        while (true){
            synchronized(Ticket.class){
                if(ticket > 0){ //有票，可以卖
                    //出票操作
                    //使用sleep模拟一下出票时间
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    }catch (InterruptedException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                    //获取当前线程对象的名字
                    String name = Thread.currentThread().getName();
                    System.out.println(name+"正在卖："+ticket--);
                }
            }
        }
    }
}

当使用了同步代码块后，上述的线程的安全问题，解决了。

同步方法

同步方法：使用synchronized修饰的方法，就叫做同步方法，保证A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问题的代码}

同步锁是谁？
对于非static方法，同步锁就是this
对于static方法，我们使用当前方法所在类的字节码对象（类名.class）

使用同步方法代码如下：

public class Ticket implements Runnable {
    private int ticket = 60;
    /**
     * 执行卖票操作
     */
    @Override
    public synchronized void run() {
        while (true){
            sellTicket();
        }
    }
    public synchronized void sellTicket(){
        if(ticket > 0){
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            String name = Thread.currentThread().getName();
            System.out.println(name+"正在卖："+ticket--);
        }
    }
}

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锁也称为同步锁，加锁与释放锁方法格式如下：

public void lock():加同步锁。
public void unlock():释放同步锁。
使用如下：

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Ticket implements Runnable {
    private int ticket = 70;
    /**
     * 执行卖票操作
     */
    Lock test = new ReentrantLock();
    @Override
    public synchronized void run() {
        while (true){
            test.lock();//开启锁
            if(ticket > 0){
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                String name = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println(name+"正在卖:"+ticket--);
            }
            test.unlock();
        }
    }
}