Java多线程：线程安全问题

一、线程安全问题案例

模拟银行账户存取款

1、账户类

package com.lyq.java.threadsafe;
/*
银行账户
    不使用线程同步机制，多线程对同一个账户进行取款，出现线程安全问题。
 */
public class Account {
    // 账号
    private String actno;
    // 余额
    private double balance;

    public Account() {
    }

    public Account(String actno, double balance) {
        this.actno = actno;
        this.balance = balance;
    }

    public String getActno() {
        return actno;
    }

    public void setActno(String actno) {
        this.actno = actno;
    }

    public double getBalance() {
        return balance;
    }

    public void setBalance(double balance) {
        this.balance = balance;
    }

    //取款的方法
    public void withdraw(double money){
        // t1和t2并发这个方法。。。。（t1和t2是两个栈。两个栈操作堆中同一个对象。）
        // 取款之前的余额
        double before = this.getBalance(); // 10000
        // 取款之后的余额
        double after = before - money;

        // 在这里模拟一下网络延迟，100%会出现问题
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 更新余额
        // 思考：t1执行到这里了，但还没有来得及执行这行代码，t2线程进来withdraw方法了。此时一定出问题。
        this.setBalance(after);
    }
}

 2、实现类

package com.lyq.java.threadsafe;

public class AccountThread extends Thread {

    // 两个线程必须共享同一个账户对象。
    private Account act;

    // 通过构造方法传递过来账户对象
    public AccountThread(Account act) {
        this.act = act;
    }

    public void run(){
        // run方法的执行表示取款操作。
        // 假设取款5000
        double money = 5000;
        // 取款
        // 多线程并发执行这个方法。
        act.withdraw(money);

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "对"+act.getActno()+"取款"+money+"成功，余额" + act.getBalance());
    }
}

3、测试

package com.lyq.java.threadsafe;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建账户对象（只创建1个）
        Account act = new Account("act-001", 10000);
        // 创建两个线程
        Thread t1 = new AccountThread(act);
        Thread t2 = new AccountThread(act);
        // 设置name
        t1.setName("t1");
        t2.setName("t2");
        // 启动线程取款
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

4、结果

二、使用synchronized同步代码块

1、账户类及线程实现类

package com.bjpowernode.java.threadsafe2;
/*
银行账户
    使用线程同步机制，解决线程安全问题。
 */
public class Account {
    // 账号
    private String actno;
    // 余额
    private double balance; //实例变量。

    //对象
    Object obj = new Object(); // 实例变量。（Account对象是多线程共享的，Account对象中的实例变量obj也是共享的。）

    public Account() {
    }

    public Account(String actno, double balance) {
        this.actno = actno;
        this.balance = balance;
    }

    public String getActno() {
        return actno;
    }

    public void setActno(String actno) {
        this.actno = actno;
    }

    public double getBalance() {
        return balance;
    }

    public void setBalance(double balance) {
        this.balance = balance;
    }

    //取款的方法
    public void withdraw(double money){

        //int i = 100;
        //i = 101;

        // 以下这几行代码必须是线程排队的，不能并发。
        // 一个线程把这里的代码全部执行结束之后，另一个线程才能进来。
        /*
        线程同步机制的语法是：
            synchronized(){
                // 线程同步代码块。
            }
            synchronized后面小括号中传的这个“数据”是相当关键的。
            这个数据必须是多线程共享的数据。才能达到多线程排队。

            ()中写什么？
                那要看你想让哪些线程同步。
                假设t1、t2、t3、t4、t5，有5个线程，
                你只希望t1 t2 t3排队，t4 t5不需要排队。怎么办？
                你一定要在()中写一个t1 t2 t3共享的对象。而这个
                对象对于t4 t5来说不是共享的。

            这里的共享对象是：账户对象。
            账户对象是共享的，那么this就是账户对象吧！！！
            不一定是this，这里只要是多线程共享的那个对象就行。

            在java语言中，任何一个对象都有“一把锁”，其实这把锁就是标记。（只是把它叫做锁。）
            100个对象，100把锁。1个对象1把锁。

            以下代码的执行原理？
                1、假设t1和t2线程并发，开始执行以下代码的时候，肯定有一个先一个后。
                2、假设t1先执行了，遇到了synchronized，这个时候自动找“后面共享对象”的对象锁，
                找到之后，并占有这把锁，然后执行同步代码块中的程序，在程序执行过程中一直都是
                占有这把锁的。直到同步代码块代码结束，这把锁才会释放。
                3、假设t1已经占有这把锁，此时t2也遇到synchronized关键字，也会去占有后面
                共享对象的这把锁，结果这把锁被t1占有，t2只能在同步代码块外面等待t1的结束，
                直到t1把同步代码块执行结束了，t1会归还这把锁，此时t2终于等到这把锁，然后
                t2占有这把锁之后，进入同步代码块执行程序。

                这样就达到了线程排队执行。
                这里需要注意的是：这个共享对象一定要选好了。这个共享对象一定是你需要排队
                执行的这些线程对象所共享的。
         */
        //Object obj2 = new Object();
        //synchronized (this){
        //synchronized (obj) {
        //synchronized ("abc") { // "abc"在字符串常量池当中。
        //synchronized (null) { // 报错：空指针。
        //synchronized (obj2) { // 这样编写就不安全了。因为obj2不是共享对象。
            double before = this.getBalance();
            double after = before - money;
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            this.setBalance(after);
        //}
    }
}

package com.lyq.java.threadsafe2;

public class AccountThread extends Thread {

    // 两个线程必须共享同一个账户对象。
    private Account act;

    // 通过构造方法传递过来账户对象
    public AccountThread(Account act) {
        this.act = act;
    }

    public void run(){
        // run方法的执行表示取款操作。
        // 假设取款5000
        double money = 5000;
        // 取款
        // 多线程并发执行这个方法。
        //synchronized (this) { //这里的this是AccountThread对象，这个对象不共享！
        synchronized (act) { // 这种方式也可以，只不过扩大了同步的范围，效率更低了。
            act.withdraw(money);
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "对"+act.getActno()+"取款"+money+"成功，余额" + act.getBalance());
    }
}

 2、测试

package com.lyq.java.threadsafe2;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建账户对象（只创建1个）
        Account act = new Account("act-001", 10000);
        // 创建两个线程
        Thread t1 = new AccountThread(act);
        Thread t2 = new AccountThread(act);

        // 设置name
        t1.setName("t1");
        t2.setName("t2");
        // 启动线程取款
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

 3、结果

三、实例方法上可以使用synchronized

1、账户类

package com.lyq.java.threadsafe3;

public class Account {
    // 账号
    private String actno;
    // 余额
    private double balance;

    public Account() {
    }

    public Account(String actno, double balance) {
        this.actno = actno;
        this.balance = balance;
    }

    public String getActno() {
        return actno;
    }

    public void setActno(String actno) {
        this.actno = actno;
    }

    public double getBalance() {
        return balance;
    }

    public void setBalance(double balance) {
        this.balance = balance;
    }

    //取款的方法
    /*
    在实例方法上可以使用synchronized吗？可以的。
        synchronized出现在实例方法上，一定锁的是this。
        没得挑。只能是this。不能是其他的对象了。
        所以这种方式不灵活。

        另外还有一个缺点：synchronized出现在实例方法上，
        表示整个方法体都需要同步，可能会无故扩大同步的
        范围，导致程序的执行效率降低。所以这种方式不常用。

        synchronized使用在实例方法上有什么优点？
            代码写的少了。节俭了。

        如果共享的对象就是this，并且需要同步的代码块是整个方法体，
        建议使用这种方式。
     */
    public synchronized void withdraw(double money){
        double before = this.getBalance(); // 10000
        double after = before - money;
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.setBalance(after);
    }
}

 2、实现类

package com.lyq.java.threadsafe3;

public class AccountThread extends Thread {

    // 两个线程必须共享同一个账户对象。
    private Account act;

    // 通过构造方法传递过来账户对象
    public AccountThread(Account act) {
        this.act = act;
    }

    public void run(){
        // run方法的执行表示取款操作。
        // 假设取款5000
        double money = 5000;
        // 取款
        // 多线程并发执行这个方法。
        act.withdraw(money);

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "对"+act.getActno()+"取款"+money+"成功，余额" + act.getBalance());
    }
}

 3、测试

package com.lyq.java.threadsafe3;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建账户对象（只创建1个）
        Account act = new Account("act-001", 10000);
        // 创建两个线程
        Thread t1 = new AccountThread(act);
        Thread t2 = new AccountThread(act);
        // 设置name
        t1.setName("t1");
        t2.setName("t2");
        // 启动线程取款
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

 4、结果