不会吧,你连Java 多线程线程安全都还没搞明白,难怪你面试总不过

什么是线程安全

当一个线程在同一时刻共享同一个全局变量或静态变量时,可能会受到其他线程的干扰,导致数据有问题,这种现象就叫线程安全问题。

为什么有线程安全问题?

当多个线程同时共享,同一个全局变量或静态变量,做写的操作时,可能会发生数据冲突问题,也就是线程安全问题,但是做读操作时不会发生数据冲突问题。

线程安全解决办法?

1、如何解决多线程之间线程安全问题?

答:使用多线程之间同步synchronized或使用(lock)

2、为什么使用线程同步或使用锁能解决线程安全问题呢?

答:将可能会发生数据冲突问题(线程不安全问题),只能让当前一个线程进行执行。代码执行完成后释放锁,让后才能让其他线程进行执行。这样的话就可以解决线程不安全问题。

3、什么是多线程之间同步?

答:当多个线程共享同一个资源,不会受到其他线程的干扰。

同步代码块

1、什么是同步代码块?

答:就是将可能会发生线程安全问题的代码,用synchronized给包括起来。

synchronized(同一个数据) {
 // 可能会发生线程冲突问题
}
synchronized(对象) {//这个对象可以为任意对象 
    // 需要被同步的代码 
}

对象如同锁,持有锁的线程可以在同步中执行。

没持有锁的线程即使获取CPU的执行权,也进不去。

同步的前提:

必须有两个或者两个以上的线程

必须是多个线程使用同一个锁

必须保证同步中只能有一个线程在运行

同步的好处:

解决了多线程的安全问题

同步的弊端:

多个线程需要判断锁,较为消耗资源、抢锁的资源。

同步函数

1、什么是同步函数?

答:在方法上修饰 synchronized 称为同步函数

public synchronized void sale() {
    if (trainCount > 0) { 
        try {
            Thread.sleep(40);
        } catch (Exception e) {
            
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (100 - trainCount + 1) + "张票.");
        trainCount--;
        }
    }

同步函数使用的是 this 锁

证明方式:一个线程使用同步代码块(this明锁),另一个线程使用同步函数。如果两个线程抢票不能实现同步,那么会出现数据错误。

package cn.icloudit;

class ThreadTrain2 implements Runnable {
    private int count = 100;
    public boolean flag = true;
    private static Object oj = new Object();

    @Override
    public void run() {
        if (flag) {
            while (count > 0) {
                synchronized (this) {
                    if (count > 0) {
                        try {
                            Thread.sleep(50);
                        } catch (Exception e) {
                            // TODO: handle exception
                        }
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票");
                        count--;
                    }
                }

            }

        } else {
            while (count > 0) {
                sale();
            }
        }

    }

    public synchronized void sale() {
        // 前提 多线程进行使用、多个线程只能拿到一把锁。
        // 保证只能让一个线程 在执行 缺点效率降低
        // synchronized (oj) {
        if (count > 0) {
            try {
                Thread.sleep(50);
            } catch (Exception e) {
                // TODO: handle exception
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - count + 1) + "票");
            count--;
        }
        // }
    }
}

public class ThreadDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadTrain2 threadTrain1 = new ThreadTrain2();
        Thread t1 = new Thread(threadTrain1, "①号窗口");
        Thread t2 = new Thread(threadTrain1, "②号窗口");
        t1.start();
        Thread.sleep(40);
        threadTrain1.flag = false;
        t2.start();
    }
}

静态同步函数

1、什么是静态同步函数?

答:方法上加上 static 关键字,使用 synchronized 关键字修饰,或者使用类 .class 文件。

静态的同步函数使用的锁是 该函数所属字节码文件对象

可以用 getClass方法获取,也可以用当前 类名.class 表示。

synchronized (ThreadTrain.class) {
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (100 - trainCount + 1) + "张票.");
    trainCount--;
    try {
        Thread.sleep(100);
    } catch (Exception e) {
    }    
}

总结

synchronized 修饰方法使用锁是当前 this 锁。

synchronized 修饰静态方法使用锁是当前类的 字节码文件。

多线程死锁

什么是多线程死锁?

答:同步中嵌套同步,导致锁无法释放

package cn.icloudit;

class ThreadTrain6 implements Runnable {
    // 这是货票总票数,多个线程会同时共享资源
    private int trainCount = 100;
    public boolean flag = true;
    private Object mutex = new Object();

    @Override
    public void run() {
        if (flag) {
            while (true) {
                synchronized (mutex) {
                    // 锁(同步代码块)在什么时候释放? 代码执行完, 自动释放锁.
                    // 如果flag为true 先拿到 obj锁,在拿到this 锁、 才能执行。
                    // 如果flag为false先拿到this,在拿到obj锁,才能执行。
                    // 死锁解决办法:不要在同步中嵌套同步。
                    sale();
                }
            }
        } else {
            while (true) {
                sale();
            }
        }
    }
    
    public synchronized void sale() {
        synchronized (mutex) {
            if (trainCount > 0) {
                try {
                    Thread.sleep(40);
                } catch (Exception e) {

                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售 第" + (100 - trainCount + 1) + "张票.");
                trainCount--;
            }
        }
    }
}

public class DeadlockThread {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadTrain6 threadTrain = new ThreadTrain6(); // 定义 一个实例
        Thread thread1 = new Thread(threadTrain, "一号窗口");
        Thread thread2 = new Thread(threadTrain, "二号窗口");
        thread1.start();
        Thread.sleep(40);
        threadTrain.flag = false;
        thread2.start();
    }

}

多线程的三大特性

原子性

即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断,要么就都不执行。

一个很经典的例子就是银行账户转账问题:

比如从账户A向账户B转1000元,那么必然包括2个操作:从账户A减去1000元,往账户B加上1000元。这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。

我们操作数据也是如此,比如i = i+1;其中就包括,读取i的值,计算i,写入i。这行代码在Java中是不具备原子性的,则多线程运行肯定会出问题,所以也需要我们使用同步和lock这些东西来确保这个特性了。

原子性其实就是保证数据一致、线程安全一部分。

可见性

当多个线程访问同一个变量时,一个线程修改了这个变量的值,其他线程能够立即看得到修改的值。

若两个线程在不同的cpu,那么线程1改变了i的值还没刷新到主存,线程2又使用了i,那么这个i值肯定还是之前的,线程1对变量的修改线程没看到这就是可见性问题。

有序性

程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

一般来说处理器为了提高程序运行效率,可能会对输入代码进行优化,它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致,但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。如下:

int a = 10; //语句1

int r = 2; //语句2

a = a + 3; //语句3

r = a*a; //语句4

则因为重排序,他还可能执行顺序为 2-1-3-4,1-3-2-4

但绝不可能 2-1-4-3,因为这打破了依赖关系。

显然重排序对单线程运行是不会有任何问题,而多线程就不一定了,所以我们在多线程编程时就得考虑这个问题了。

Java内存模型

共享内存模型指的就是Java内存模型(简称JMM),JMM决定一个线程对共享变量的写入时,能对另一个线程可见。从抽象的角度来看,JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系:线程之间的共享变量存储在主内存(main memory)中,每个线程都有一个私有的本地内存(local memory),本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念,并不真实存在。它涵盖了缓存,写缓冲区,寄存器以及其他的硬件和编译器优化。

总结:什么是Java内存模型:java内存模型简称jmm,定义了一个线程对另一个线程可见。共享变量存放在主内存中,每个线程都有自己的本地内存,当多个线程同时访问一个数据的时候,可能本地内存没有及时刷新到主内存,所以就会发生线程安全问题。

Volatile 关键字

什么是 Volatile 关键字?

答:Volatile 关键字的作用是变量在多个线程之间可见。

class ThreadVolatileDemo extends Thread {
    public    boolean flag = true;
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("开始执行子线程....");
        while (flag) {
        }
        System.out.println("线程停止");
    }
    public void setRuning(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }

}

public class ThreadVolatile {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadVolatileDemo threadVolatileDemo = new ThreadVolatileDemo();
        threadVolatileDemo.start();
        Thread.sleep(3000);
        threadVolatileDemo.setRuning(false);
        System.out.println("flag 已经设置成false");
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(threadVolatileDemo.flag);

    }
}

已经将结果设置为fasle为什么?还一直在运行呢。

原因:线程之间是不可见的,读取的是副本,没有及时读取到主内存结果。

解决办法:使用Volatile关键字将解决线程之间可见性, 强制线程每次读取该值的时候都去“主内存”中取值

Volatile非原子性

public class VolatileNoAtomic extends Thread {
    private static volatile int count;

    // private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
    private static void addCount() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            count++;
            // count.incrementAndGet();
        }
        System.out.println(count);
    }

    public void run() {
        addCount();
    }

    public static void main(String[] args) {

        VolatileNoAtomic[] arr = new VolatileNoAtomic[100];
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            arr[i] = new VolatileNoAtomic();
        }

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            arr[i].start();
        }
    }

}

结果发现 数据不同步,因为Volatile不用具备原子性。

AtomicInteger原子类

AtomicInteger是一个提供原子操作的Integer类,通过线程安全的方式操作加减。

public class VolatileNoAtomic extends Thread {
    static int count = 0;
    private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            //等同于i++
            atomicInteger.incrementAndGet();
        }
        System.out.println(count);
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 初始化10个线程
        VolatileNoAtomic[] volatileNoAtomic = new VolatileNoAtomic[10];
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            // 创建
            volatileNoAtomic[i] = new VolatileNoAtomic();
        }
        for (int i = 0; i < volatileNoAtomic.length; i++) {
            volatileNoAtomic[i].start();
        }
    }

}

volatile与synchronized区别

仅靠volatile不能保证线程的安全性。(原子性)

volatile轻量级,只能修饰变量。synchronized重量级,还可修饰方法;

volatile只能保证数据的可见性,不能用来同步,因为多个线程并发访问volatile修饰的变量不会阻塞。

synchronized 不仅保证可见性,而且还保证原子性,因为,只有获得了锁的线程才能进入临界区,从而保证临界区中的所有语句都全部执行。多个线程争抢synchronized锁对象时,会出现阻塞。

最后

感谢你看到这里,看完有什么的不懂的可以在评论区问我,觉得文章对你有帮助的话记得给我点个赞,每天都会分享java相关技术文章或行业资讯,欢迎大家关注和转发文章!

原文 

https://segmentfault.com/a/1190000023362537

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