Java多线程（二）同步与等待唤醒

 1：数据安全问题

      1.1：什么情况下会出现数据安全问题？

            多个线程对同一个资源进行操作，并且操作资源的语句有多条。那么这个时候这些语句因为cpu的随机性，有可能被多个线程分开执行。导致数据安全问题。

             例子：有3个人分别是你爸、你妈妈、你姐，去你的一个账户汇钱给你，每一个只能存3次，一次只能存100元。每存一次，请打显示出账户里的余额。代码体现：

public class SaveMoneyDemo1 {
    
    public static void main(String[] args) {
        SaveDemo1 s = new SaveDemo1();
        Thread t1 = new Thread(s);
        t1.setName("老爸");
        Thread t2 = new Thread(s);
        t2.setName("老妈");
        Thread t3 = new Thread(s);
        t3.setName("姐姐");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }

}

class SaveDemo1 implements Runnable{
    private int sum = 0;
    //要执行的代码块放在run方法里面。
    public void run() {
        //每个人能存三次，就是循环三遍
        for(int i=0; i<3; i++){
            sum+=100;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"给你汇了100，目前账号共有 "+sum+" 元");
                    
        }
    }
}
/**
 * 执行结果：
        老妈给你汇了100，目前账号共有 200 元
        老妈给你汇了100，目前账号共有 400 元
        老妈给你汇了100，目前账号共有 500 元
        姐姐给你汇了100，目前账号共有 300 元
        姐姐给你汇了100，目前账号共有 600 元
        姐姐给你汇了100，目前账号共有 700 元
        老爸给你汇了100，目前账号共有 200 元
        老爸给你汇了100，目前账号共有 800 元
        老爸给你汇了100，目前账号共有 900 元
 * 
 */

运行结果好喜感。为什么会出现这种情况？分析：这三人存款是不需按照顺序和次数的，反正帮你存够三次就行了，所以用多线程更为合理。可是，打个比方：当你妈妈在存钱的时候钱是存进去了，在没来得及显示余额的时候你爸正好也把钱存了进去，这时候总金额连同你妈和你爸的加在一起了！所以显示出的金额会发生这样的情况。那么如何解决类似的情况呢？这就要限定一个人存一次就先把金额加上，不能让多人存完之后再一起加，如果这样那金额的显示就乱套了。这时候就要使用同步机制了。

      1.2：解决方案： 同步机制

             1.2.1：同步代码块。

                    synchronized(锁){//锁可以为任意对象。但是需要保证多个线程用的是同一把锁。                                    

                                    对同一个资源的操作语句。

                                   }

             1.2.2：同步方法的锁：

                     2．1：同步方法-----this

                     2．2：静态同步方法-----字节码文件对象。类名.class

public class SaveMoneyDemo2 {
    
    public static void main(String[] args) {
        SaveDemo2 s = new SaveDemo2();
        Thread t1 = new Thread(s);
        t1.setName("老爸");
        Thread t2 = new Thread(s);
        t2.setName("老妈");
        Thread t3 = new Thread(s);
        t3.setName("姐姐");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }

}

class SaveDemo2 implements Runnable{
    private int sum = 0;
    //要执行的代码块放在run方法里面。
    public void run() {
        //每个人能存三次，就是循环三遍
        synchronized(this){
            for(int i=0; i<3; i++){
                sum+=100;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"给你汇了100，目前账号共有 "+sum+" 元");
            }
        }
    }
}

       1.3：如果加了同步，还出现数据安全问题,如何排查?

              1.3.1：是否为同一把锁

              1.3.2：访问资源的多条语句是否在同步中。

        1.4：关于同步的拙劣理解：一件事先一口气做完！不让别人插手。（好像太牵强了）

2：死锁问题——互不释放资源（互相等待资源）

　　2.1　　需求：用程序来描述以下情况：一手交钱一手交货。商家与顾客两人都是很小气的人，顾客买商家的东西，商家收顾客的前，顾客说：先给我货我再给你钱；商家说：先给我钱我再给你货。最好的结局就是各自得到各自的东西。

      2.2　　分析：对于商家和客户来说和他们俩有关的不是钱就是货，而限制这两人的也就是钱和货。这样一来钱和货就可以看做是程序中的两个锁了。造成死锁的原因：同步代码嵌套！在平时开发时应避免同步嵌套！

public class DeadLockDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Customer1();
        Thread t2 = new Seller1();
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

class Customer1 extends Thread{
    public static Object money = new Object();
    @Override
    public void run() {
        //客户有钱
        synchronized(money){
            System.out.println("客户等商家给货");
            //客户等货
            synchronized (Seller1.goods) {
                System.out.println("客户给商家钱");
            }
        }
    }
}

class Seller1 extends Thread{
    public static Object goods = new Object();
    @Override
    public void run() {
        //商家有货
        synchronized (goods) {
            System.out.println("商家等客户给钱");
            //商家等钱
            synchronized (Customer1.money) {
                System.out.println("商家给客户货");
            }
        }
    }
}

/**
 * 如果想结果暴露地更明显，可以使用sleep()方法
 * 运行死锁的结果：
 *     客户等商家给货
 *    商家等客户给钱
 * 
 */

3：等待唤醒机制。

     前面多个线程案例中，每个线程执行的操作是一样的。如果线程所执行的操作不一样呢？比如一个线程负责生产产品，另外一个线程负责消费产品。

     3.1：创建2个线程，2个线程的动作是不一样。比如说：一个生产者和一个消费者。

           需求：生产者生产一个产品。消费者消费一个产品。这就涉及到了等待唤醒机制。当生产者生产一个产品后进入等待模式等待消费者来消费这个产品，当消费者消费了这个产品，发现没有产品了，消费者等待，叫生产者生产产品。生产者生产了产品则通知消费者。这就涉及到等待唤醒机制。

      3.2：等待唤醒机制。

            等待唤醒机制必须是在同步中进行，因为等待和唤醒都是要通过锁来操作的，查看API就是的，wait()和notify()是属于Object的方法，任何对象都是可以作为锁的。

             wait：让当前线程等待。在哪里等待的就在哪里醒过来。

             notify() :唤醒其中一个等待的线程。

             notifyAll()：唤醒所有等待的线程

             wait和sleep的区别：

                   1：sleep会拥有锁，而wait会释放锁。

                   2：sleep睡眠的时间是固定的，而wait等待的时间是不固定的。

                   3：sleep可以放在同步中，也可以不放在同步中。wait方法必须放在同步中。

       3.3：一个生产者和一个消费者的代码实现

/*
 * 生产者生产一个产品。
 * 消费者消费一个产品。
 * 生产者可以生产多个产品，但是一次只能生产一个产品。消费了才能生产。
 * 消费者可以消费多个产品。但是一次只能消费一个 产品。生产有了产品才能消费。
 */
public class ProCusDemo1 {
    public static Object lock = new Object();//创建一个对象作为锁
    public static int num = 0;//产品数
    public static void main(String[] args) {
        Pro pro = new Pro();
        Cus cus = new Cus();
        pro.start();
        cus.start();
    }
    
}

class Pro extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        //不断生产，使用循环
        while(true){
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e1) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e1.printStackTrace();
            }
//            System.out.println("111");
            //操作同一数据——产品数（num），使用同步代码块，也可以是等待唤醒机制必须在同步在同步中进行
            synchronized (ProCusDemo1.lock) {
                //当有一个产品了，生产者就不用生产了
                if(ProCusDemo1.num == 1){
                    try {
                        //不用生产的体现就是等待
                        ProCusDemo1.lock.wait();
//                        System.out.println("222");
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                ProCusDemo1.num ++;//生产了一个产品
                System.out.println("生产者生产了一个产品,现有："+ProCusDemo1.num+" 个");
                //当生产了一个产品之后就可以唤醒消费者消费了
                ProCusDemo1.lock.notify();
            }
        }
    }
}

class Cus extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        while(true){
//            System.out.println("333");
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e1) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e1.printStackTrace();
            }
            //多个线程操作同一数据使用同步
            synchronized (ProCusDemo1.lock) {
                if(ProCusDemo1.num == 0){
                    try {
                        ProCusDemo1.lock.wait();
//                        System.out.println("444");
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                ProCusDemo1.num--;
                System.out.println("消费者消费了一个产品,现有："+ProCusDemo1.num+" 个");
                ProCusDemo1.lock.notify();
            }
        }
        
    }
}