并发编程之多线程线程安全（上）

1、为什么有线程安全问题？

当多个线程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。但是做读操作是不会发生数据冲突问题。

案例：现在有100张火车票，有两个窗口同时抢火车票，请使用多线程模拟抢票效果。

代码：

public class NewThread1 implements Runnable{

    private int trainCount = 100;

    @Override
    public void run() {

        while (trainCount>0){
            try {
                Thread.sleep(100);
            }catch (Exception e){
            }
            save();
        }

    }

    private void save() {
        if (trainCount > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - trainCount + 1) + "张票");
            trainCount--;
        }
    }

    public static void main(String[] args){
        NewThread1 newThread1 = new NewThread1();
        Thread thread1 = new Thread(newThread1,"①");
        Thread thread2 = new Thread(newThread1,"②");
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

打印结果：

......
②,出售第97张票
①,出售第97张票
①,出售第99张票
②,出售第99张票

一号窗口和二号窗口同时出售火车第九九张，部分火车票会重复出售。

结论发现，多个线程共享同一个全局成员变量时，做写的操作可能会发生数据冲突问题。

2、线程安全解决方法

2.1、如何解决多线程之间线程安全问题

两种主流方式：

内置锁：使用多线程之间同步 synchronized 关键字
显示锁：lock锁

内置锁：

内置锁使用 synchronized 关键字实现，synchronized 关键字有两种用法：

修饰需要进行同步的方法（所有访问状态变量的方法都必须进行同步），此时充当锁的对象为调用同步方法的对象
同步代码块和直接使用 synchronized 修饰需要同步的方法是一样的，但是锁的粒度可以更细，并且充当锁的对象不一定是 this ，也可以是其它对象，所以使用起来更加灵活。

简而言之，synchronize 分为同步方法、同步代码块。

其中同步方法又分为：非静态同步方法、静态同步方法

同步方法 [非静态同步方法] ：

private synchronized void save() {
    if (trainCount > 0) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - trainCount + 1) + "张票");
        trainCount--;
    }
}

同步代码块：

就是将可能会发生线程安全问题的代码，给包括起来。
synchronized(同一个数据){
    可能会发生线程冲突问题
}
就是同步代码块 
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：

必须要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

同步的优缺点：

好处：解决了多线程的安全问题。
弊端：多线程需要判断锁，较为消耗资源、抢锁的资源。

代码：

private void save() {
    synchronized (this){
        if (trainCount > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - trainCount + 1) + "张票");
            trainCount--;
        }
    }
}

关于 Lock 锁下次再写。

2.2、为什么使用线程同步或使用锁能解决线程安全问题呢？

为了避免线程不安全问题，每次只让当前一个线程进行执行，代码执行完成后执行释放锁操作，然后才让其他线程进行执行，这样就解决了线程安全问题。

2.3、什么是多线程同步

当多个线程共享同一个资源，不会受到其他线程的干扰。

2.4、什么是同步方法？

在方法上修饰 sybchronized 称为同步方法。

代码示例：

private synchronized void save() {
    if (trainCount > 0) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - trainCount + 1) + "张票");
        trainCount--;
    }
}

2.5、什么是静态同步函数？

方法加上 static 关键字，使用 synchronize 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。

可以使用 getClass 方法获取，也可以用当前类名.class 表示。

代码示例：

private static void save() {
    synchronized (NewThread1.class){
        if (trainCount > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",出售第" + (100 - trainCount + 1) + "张票");
            trainCount--;
        }
    }
}

总结：

synchronize 修饰方法使用锁是当前 this 锁。

synchronize 修饰静态方法使用锁是当前类的字节码文件。

3、ThreadLocal

什么是 ThreadLocal ？

ThreadLocal 提高一个线程的局部变量，访问某个线程拥有自己局部变量。

当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。

ThreadLocal 的 4 个方法：

void set(Object value)：设置当前线程的线程局部变量的值。
public Object get()：该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。
public void remove()：将当前线程局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用，需要指出的是，当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作，但它可以加快内存回收的速度。
protected Object initialValue()：返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。

案例：

创建三个线程，每个线程生成自己独立序列号。

class Res{

    private ThreadLocal<Integer> mThreadLocal = new ThreadLocal<Integer>(){
        @Override
        protected Integer initialValue() {
            return 0;
        };
    };

    protected Integer getNumber() {
        int count = mThreadLocal.get() + 1;
        mThreadLocal.set(count);
        return count;
    };

}

public class ThreadDemo1 extends Thread{

    private Res res;

    public ThreadDemo1(Res res){
        this.res = res;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+","+res.getNumber());
        }
    }

    public static void main(String[] args){
        Res res = new Res();
        ThreadDemo1 threadDemo1 = new ThreadDemo1(res);
        ThreadDemo1 threadDemo2 = new ThreadDemo1(res);
        ThreadDemo1 threadDemo3 = new ThreadDemo1(res);
        threadDemo1.start();
        threadDemo2.start();
        threadDemo3.start();
    }
}