Java學習多執行緒第二天
內容介紹
- 執行緒安全
- 執行緒同步
- 死鎖
- Lock鎖
- 等待喚醒機制
1 多執行緒
1.1 執行緒安全
如果有多個執行緒在同時執行，而這些執行緒可能會同時執行這段程式碼。程式每次執行結果和單執行緒執行的結果是一樣的，而且其他的變數的值也和預期的是一樣的，就是執行緒安全的。
我們通過一個案例，演示執行緒的安全問題：
電影院要賣票，我們模擬電影院的賣票過程。假設要播放的電影是 “功夫熊貓3”，本次電影的座位共100個(本場電影只能賣100張票)。
我們來模擬電影院的售票視窗，實現多個視窗同時賣 “魔童哪吒”這場電影票(多個視窗一起賣這100張票)
需要視窗，採用執行緒物件來模擬；需要票，Runnable介面子類來模擬
- 測試類
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
//建立票物件
Ticket ticket = new Ticket();
//建立3個視窗
Thread t1 = new Thread(ticket, "視窗1");
Thread t2 = new Thread(ticket, "視窗2");
Thread t3 = new Thread(ticket, "視窗3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}-
模擬票
public class Ticket implements Runnable {
//共100票
int ticket = 100;
@Override
public void run() {
//模擬賣票
while(true){
if (ticket > 0) {
//模擬選坐的操作
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在賣票:" + ticket--);
}
}
}
} 執行結果發現：上面程式出現了問題
- 票出現了重複的票
- 錯誤的票 0、-1
其實，執行緒安全問題都是由全域性變數及靜態變數引起的。若每個執行緒中對全域性變數、靜態變數只有讀操作，而無寫操作，一般來說，這個全域性變數是執行緒安全的；若有多個執行緒同時執行寫操作，一般都需要考慮執行緒同步，否則的話就可能影響執行緒安全。
1.2 執行緒同步（執行緒安全處理Synchronized）
java中提供了執行緒同步機制，它能夠解決上述的執行緒安全問題。
執行緒同步的方式有兩種：
- 方式1：同步程式碼塊
- 方式2：同步方法
1.2.1 同步程式碼塊
同步程式碼塊: 在程式碼塊宣告上 加上synchronized
synchronized (鎖物件) {
可能會產生執行緒安全問題的程式碼
}
同步程式碼塊中的鎖物件可以是任意的物件；但多個執行緒時，要使用同一個鎖物件才能夠保證執行緒安全。
使用同步程式碼塊，對電影院賣票案例中Ticket類進行如下程式碼修改：
public class Ticket implements Runnable {
//共100票
int ticket = 100;
//定義鎖物件
Object lock = new Object();
@Override
public void run() {
//模擬賣票
while(true){
//同步程式碼塊
synchronized (lock){
if (ticket > 0) {
//模擬電影選坐的操作
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在賣票:" + ticket--);
}
}
}
}
}
當使用了同步程式碼塊後，上述的執行緒的安全問題，解決了。
1.2.3 同步方法
- 同步方法：在方法宣告上加上synchronized
public synchronized void method(){
可能會產生執行緒安全問題的程式碼
}
同步方法中的鎖物件是 this
使用同步方法，對電影院賣票案例中Ticket類進行如下程式碼修改：
public class Ticket implements Runnable {
//共100票
int ticket = 100;
//定義鎖物件
Object lock = new Object();
@Override
public void run() {
//模擬賣票
while(true){
//同步方法
method();
}
}
//同步方法,鎖物件this
public synchronized void method(){
if (ticket > 0) {
//模擬選坐的操作
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在賣票:" + ticket--);
}
}
}
- 靜態同步方法: 在方法宣告上加上static synchronized
public static synchronized void method(){
可能會產生執行緒安全問題的程式碼
}
靜態同步方法中的鎖物件是 類名.class
1.3 死鎖
同步鎖使用的弊端：當執行緒任務中出現了多個同步(多個鎖)時，如果同步中嵌套了其他的同步。這時容易引發一種現象：程式出現無限等待，這種現象我們稱為死鎖。這種情況能避免就避免掉。
synchronzied(A鎖){
synchronized(B鎖){
}
}
我們進行下死鎖情況的程式碼演示：
- 定義鎖物件類
public class MyLock {
public static final Object lockA = new Object();
public static final Object lockB = new Object();
}
- 執行緒任務類
public class ThreadTask implements Runnable {
int x = new Random().nextInt(1);//0,1
//指定執行緒要執行的任務程式碼
@Override
public void run() {
while(true){
if (x%2 ==0) {
//情況一
synchronized (MyLock.lockA) {
System.out.println("if-LockA");
synchronized (MyLock.lockB) {
System.out.println("if-LockB");
System.out.println("if大口吃肉");
}
}
} else {
//情況二
synchronized (MyLock.lockB) {
System.out.println("else-LockB");
synchronized (MyLock.lockA) {
System.out.println("else-LockA");
System.out.println("else大口吃肉");
}
}
}
x++;
}
}
}
- 測試類
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
//建立執行緒任務類物件
ThreadTask task = new ThreadTask();
//建立兩個執行緒
Thread t1 = new Thread(task);
Thread t2 = new Thread(task);
//啟動執行緒
t1.start();
t2.start();
}
}
1.4 Lock介面
查閱API，查閱Lock介面描述，Lock 實現提供了比使用 synchronized 方法和語句可獲得的更廣泛的鎖定操作。
Lock提供了一個更加面對物件的鎖，在該鎖中提供了更多的操作鎖的功能。
我們使用Lock介面，以及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步，對電影院賣票案例中Ticket類進行如下程式碼修改：
public class Ticket implements Runnable {
//共100票
int ticket = 100;
//建立Lock鎖物件
Lock ck = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
//模擬賣票
while(true){
//synchronized (lock){
ck.lock();
if (ticket > 0) {
//模擬選坐的操作
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在賣票:" + ticket--);
}
ck.unlock();
//}
}
}
}
1.5 等待喚醒機制
在開始講解等待喚醒機制之前，有必要搞清一個概念——執行緒之間的通訊：多個執行緒在處理同一個資源，但是處理的動作（執行緒的任務）卻不相同。通過一定的手段使各個執行緒能有效的利用資源。而這種手段即—— 等待喚醒機制。
等待喚醒機制所涉及到的方法：
- wait（） :等待，將正在執行的執行緒釋放其執行資格 和 執行權，並存儲到執行緒池中。
- notify（）：喚醒，喚醒執行緒池中被wait（）的執行緒，一次喚醒一個，而且是任意的。
- notifyAll（）： 喚醒全部：可以將執行緒池中的所有wait() 執行緒都喚醒。
其實，所謂喚醒的意思就是讓 執行緒池中的執行緒具備執行資格。必須注意的是，這些方法都是在 同步中才有效。同時這些方法在使用時必須標明所屬鎖，這樣才可以明確出這些方法操作的到底是哪個鎖上的執行緒。
仔細檢視JavaAPI之後，發現這些方法 並不定義在 Thread中，也沒定義在Runnable介面中，卻被定義在了Object類中，為什麼這些操作執行緒的方法定義在Object類中？
因為這些方法在使用時，必須要標明所屬的鎖，而鎖又可以是任意物件。能被任意物件呼叫的方法一定定義在Object類中。
接下里，我們先從一個簡單的示例入手:
如上圖說示，輸入執行緒向Resource中輸入name ,sex , 輸出執行緒從資源中輸出，先要完成的任務是：
- 1.當input發現Resource中沒有資料時，開始輸入，輸入完成後，叫output來輸出。如果發現有資料，就wait();
- 2.當output發現Resource中沒有資料時，就wait() ；當發現有資料時，就輸出，然後，叫醒input來輸入資料。
下面程式碼，模擬等待喚醒機制的實現：
- 模擬資源類
public class Resource {
private String name;
private String sex;
private boolean flag = false;
public synchronized void set(String name, String sex) {
if (flag)
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 設定成員變數
this.name = name;
this.sex = sex;
// 設定之後，Resource中有值，將標記該為 true ,
flag = true;
// 喚醒output
this.notify();
}
public synchronized void out() {
if (!flag)
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 輸出執行緒將資料輸出
System.out.println("姓名: " + name + "，性別: " + sex);
// 改變標記，以便輸入執行緒輸入資料
flag = false;
// 喚醒input，進行資料輸入
this.notify();
}
}
- 輸入執行緒任務類
public class Input implements Runnable {
private Resource r;
public Input(Resource r) {
this.r = r;
}
@Override
public void run() {
int count = 0;
while (true) {
if (count == 0) {
r.set("小明", "男生");
} else {
r.set("小花", "女生");
}
// 在兩個資料之間進行切換
count = (count + 1) % 2;
}
}
}
- 輸出執行緒任務類
public class Output implements Runnable {
private Resource r;
public Output(Resource r) {
this.r = r;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
r.out();
}
}
}
- 測試類
public class ResourceDemo {
public static void main(String[] args) {
// 資源物件
Resource r = new Resource();
// 任務物件
Input in = new Input(r);
Output out = new Output(r);
// 執行緒物件
Thread t1 = new Thread(in);
Thread t2 = new Thread(out);
// 開啟執行緒
t1.start();
t2.start();
}
}
&n