Java线程安全与线程同步(同步代码块、同步方法、锁机制)

    科技2025-08-17  20

    目录

    1 线程安全1.1 概念1.2 程序演示 2 线程同步2.1 同步代码块2.2 同步方法2.3 锁机制

    1 线程安全

    1.1 概念

    多个线程同时运行一段代码,每次运行结果和单线程运行结果一样,且其他变量值也和预期一样,就称为线程安全。

    1.2 程序演示

    我们通过模拟电影院卖票来感受下线程的安全问题:

    票及卖票过程:Runnable接口的子类;卖票窗口:线程对象。 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--); } } } } public class Demo { public static void main(String[] args) { // 创建线程任务对象 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"); // 同时卖票 t1.start(); t2.start(); t3.start(); } } // 运行结果 ... 窗口1正在卖:3 窗口2正在卖:3 窗口3正在卖:2 窗口3正在卖:1 窗口1正在卖:0 窗口2正在卖:-1

    可以发现程序存在以下两个问题:

    相同的票数比如第3张票被卖了两次;不存在的票,比如0票和-1票,不应当出现。

    也就是说,这几个窗口(线程)票数不同步了,这就是线程不安全。

    2 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同一个资源的安全性问题:即重复票和不存在票的问题,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、窗口2、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,解决了线程不安全现象。

    同步机制的3种实现方式:

    同步代码块;同步方法;锁机制。

    2.1 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) { 需要同步操作的代码 }

    对象的同步锁只是一个概念,可以想象在对象上标记了一把锁:

    锁对象可以是任意类型;多个线程对象要使用同一把锁。

    在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁谁就进入代码块,其他的线程只能在外等着(Blocked)。

    使用同步代码块代码如下:

    public class Ticket implements Runnable { private int ticket = 100; Object lock = new Object(); // 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 (lock) { 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--); } } } } }

    使用了同步代码块后,上述的线程安全问题就解决了。

    2.2 同步方法

    同步方法:使用synchronized修饰的方法就叫作同步方法,保证一个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 sychronized 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)。

    使用同步锁代码如下:

    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) { sellTicket(); } } // 谁调用这个方法谁就是锁对象,隐含锁对象就是this public synchronized void sellTicket(){ 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--); } } }

    2.3 锁机制

    java.util.concurrent.locks.Lock机制提供了比synchronized代码块和sychronized方法更广泛的同步操作,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锁也称同步锁,将加锁和释放锁方法化:

    public void lock():加同步锁;public void unlock():释放同步锁。

    代码示例如下:

    public class Ticket implements Runnable { private int ticket = 100; Lock lock = new ReentrantLock(); // 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) { lock.lock(); 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--); } lock.unlock(); } } }
    Processed: 0.015, SQL: 8