多线程总结四：线程同步（一）

1、线程安全问题

a、银行取钱问题：取钱时银行系统判断账户余额是否大于取款金额，如果是，吐出钞票，修改余额。这个流程在多线程并发的场景下就可能会出现问题。

 1 /**
 2  * @Title: Account.java
 3  * @Package
 4  * @author 任伟
 5  * @date 2014-12-8 下午5:35:27
 6  * @version V1.0
 7  */
 8
 9 /**
10  * @ClassName: Account
11  * @Description: 账户类
12  * @author 任伟
13  * @date 2014-12-8 下午5:35:27
14  */
15 public class Account {
16     private String accountNo; // 账户编号
17     private double balance; // 账户余额
18
19     public String getAccountNo() {
20         return accountNo;
21     }
22
23     public void setAccountNo(String accountNo) {
24         this.accountNo = accountNo;
25     }
26
27     public double getBalance() {
28         return balance;
29     }
30
31     public void setBalance(double balance) {
32         this.balance = balance;
33     }
34
35     public Account() {
36         super();
37     }
38
39     public Account(String accountNo, double balance) {
40         super();
41         this.accountNo = accountNo;
42         this.balance = balance;
43     }
44
45     public boolean equals(Object anObject) {
46         if(this==anObject)
47             return true;
48         if(anObject!=null && anObject.getClass()==Account.class){
49             Account target = (Account) anObject;
50             return target.getAccountNo().equals(accountNo);
51         }
52         return false;
53     }
54
55     public int hashCode() {
56         return accountNo.hashCode();
57     }
58
59 }

Account

 1 /**
 2  * @Title: DrawThread.java
 3  * @Package
 4  * @author 任伟
 5  * @date 2014-12-8 下午5:41:46
 6  * @version V1.0
 7  */
 8
 9 /**
10  * @ClassName: DrawThread
11  * @Description: 取钱类
12  * @author 任伟
13  * @date 2014-12-8 下午5:41:46
14  */
15 public class DrawThread extends Thread {
16     private Account account; // 用户帐户
17     private double drawAmount; // 希望取的钱数
18
19     public DrawThread(String name, Account account, double drawAmount) {
20         super(name);
21         this.account = account;
22         this.drawAmount = drawAmount;
23     }
24
25     //当多个线程修改同一共享数据时，将涉及线程安全问题
26     /* (non-Javadoc)
27      * @see java.lang.Thread#run()
28      */
29     @Override
30     public void run() {
31         if(account.getBalance()>=drawAmount){
32             System.out.println(this.getName()+"取钱成功，吐出钞票："+drawAmount);
33             try {
34                 Thread.sleep(1);
35             } catch (InterruptedException e) {
36                 // TODO Auto-generated catch block
37                 e.printStackTrace();
38             }
39             account.setBalance(account.getBalance()-drawAmount);
40             System.out.println("余额为："+account.getBalance());
41         }else{
42             System.out.println(this.getName()+"取钱失败！余额不足！");
43         }
44     }
45
46     public static void main(String[] args) {
47         //创建一个账户
48         Account acct = new Account("1234567", 1000);
49         //模拟两个线程对同一个账户取钱
50         new DrawThread("甲", acct, 800).start();
51         new DrawThread("乙", acct, 800).start();
52     }
53
54 }

DrawThread

运行结果：

2、同步代码块

a、Java多线程引入了同步监视器来解决这个问题：线程开始执行同步代码块之前，必须先获得对同步监视器的锁定，在同步代码块执行完以后，该线程会释放对该同步监视器的锁定。通常使用可能被并发访问的共享资源充当同步监视器。

1 synchronized(obj){//obj同步监视器 2 //同步代码块 3 }

 1 /**
 2  * @Title: SynchronizedBlockDrawThread.java
 3  * @Package
 4  * @author 任伟
 5  * @date 2014-12-8 下午5:59:06
 6  * @version V1.0
 7  */
 8
 9 /**
10  * @ClassName: SynchronizedBlockDrawThread
11  * @Description: 使用Account作为同步监视器
12  * @author 任伟
13  * @date 2014-12-8 下午5:59:06
14  */
15 public class SynchronizedBlockDrawThread extends Thread {
16     private Account account; // 用户帐户
17     private double drawAmount; // 希望取的钱数
18
19     public SynchronizedBlockDrawThread(String name, Account account,
20             double drawAmount) {
21         super(name);
22         this.account = account;
23         this.drawAmount = drawAmount;
24     }
25
26     // 当多个线程修改同一共享数据时，将涉及线程安全问题
27     /*
28      * (non-Javadoc)
29      *
30      * @see java.lang.Thread#run()
31      */
32     @Override
33     public void run() {
34         synchronized (account) {
35             if (account.getBalance() >= drawAmount) {
36                 System.out.println(this.getName() + "取钱成功，吐出钞票：" + drawAmount);
37                 try {
38                     Thread.sleep(1);
39                 } catch (InterruptedException e) {
40                     // TODO Auto-generated catch block
41                     e.printStackTrace();
42                 }
43                 account.setBalance(account.getBalance() - drawAmount);
44                 System.out.println("余额为：" + account.getBalance());
45             } else {
46                 System.out.println(this.getName() + "取钱失败！余额不足！");
47             }
48         }
49     }
50
51     public static void main(String[] args) {
52         // 创建一个账户
53         Account acct = new Account("1234567", 1000);
54         // 模拟两个线程对同一个账户取钱
55         new SynchronizedBlockDrawThread("甲", acct, 800).start();
56         new SynchronizedBlockDrawThread("乙", acct, 800).start();
57     }
58
59 }

SynchronizedBlockDrawThread

运行结果：

3、同步方法
a、使用synchronized关键字来修饰某一个方法，使用this作为同步监视器，也就是调用该方法的对象。
将Account变为线程安全的类：

 1 /**
 2  * @Title: Account2.java
 3  * @Package
 4  * @author 任伟
 5  * @date 2014-12-8 下午6:50:34
 6  * @version V1.0
 7  */
 8
 9 /**
10  * @ClassName: Account2
11  * @Description: 线程安全Account类
12  * @author 任伟
13  * @date 2014-12-8 下午6:50:34
14  */
15 public class Account2 {
16     private String accountNo; // 账户编号
17     private double balance; // 账户余额
18
19     public Account2() {
20         super();
21     }
22
23     public Account2(String accountNo, double balance) {
24         super();
25         this.accountNo = accountNo;
26         this.balance = balance;
27     }
28
29     public boolean equals(Object anObject) {
30         if(this==anObject)
31             return true;
32         if(anObject!=null && anObject.getClass()==Account.class){
33             Account target = (Account) anObject;
34             return target.getAccountNo().equals(accountNo);
35         }
36         return false;
37     }
38
39     public int hashCode() {
40         return accountNo.hashCode();
41     }
42
43     public synchronized void draw(double drawAmount){
44         if (balance >= drawAmount) {
45             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取钱成功，吐出钞票：" + drawAmount);
46             try {
47                 Thread.sleep(1);
48             } catch (InterruptedException e) {
49                 // TODO Auto-generated catch block
50                 e.printStackTrace();
51             }
52             balance -= drawAmount;
53             System.out.println("余额为：" + balance);
54         } else {
55             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取钱失败！余额不足！");
56         }
57     }
58 }

Account2

 1 /**
 2  * @Title: DrawThread2.java
 3  * @Package
 4  * @author 任伟
 5  * @date 2014-12-8 下午6:54:59
 6  * @version V1.0
 7  */
 8
 9 /**
10  * @ClassName: DrawThread2
11  * @Description: 取钱类
12  * @author 任伟
13  * @date 2014-12-8 下午6:54:59
14  */
15 public class DrawThread2 extends Thread {
16     private Account2 account; // 用户帐户
17     private double drawAmount; // 希望取的钱数
18
19     public DrawThread2(String name, Account2 account, double drawAmount) {
20         super(name);
21         this.account = account;
22         this.drawAmount = drawAmount;
23     }
24
25     /*
26      * (non-Javadoc)
27      *
28      * @see java.lang.Thread#run()
29      */
30     @Override
31     public void run() {
32         account.draw(drawAmount);
33     }
34
35     public static void main(String[] args) {
36         // 创建一个账户
37         Account2 acct = new Account2("1234567", 1000);
38         // 模拟两个线程对同一个账户取钱
39         new DrawThread2("甲", acct, 800).start();
40         new DrawThread2("乙", acct, 800).start();
41     }
42 }

DrawThread2

运行结果：

4、延伸
a、synchronized关键字。可以修饰方法，可以修饰代码块，但不能修饰构造器、成员变量等。

b、Domain Driven Design：在面向对象里有一种设计方法：Domain Driven Design（领域驱动设计，DDD），这种方式认为每个类都应该是完备的领域对象，例如Account代表用户帐户，应该提供用户帐户的相关方法；通过draw（）方法来执行取钱操作，而不是将setBalance()方法暴露出来任人操作，才能更好地保证Account对象的完整性和一致性。

c、线程安全类特征：通过同步方法可以非常方便的实现线程安全的类，线程安全的类具有如下特征：
.该类的对象可以被多个线程安全地访问；
.每个线程调用该类的任意方法后都能得到正确的结果；
.每个线程调用该类的任意方法后，该对象状态依然保持合理的状态；

d、可变类和不可变类(Mutable and Immutable Objects)：
可变类：当你获得这个类的一个实例引用时，你可以改变这个实例的内容。
不可变类：当你获得这个类的一个实例引用时，你不可以改变这个实例的内容。不可变类的实例一但创建，其内在成员变量的值就不能被修改。

e、如何创建一个自己的不可变类：
.所有成员都是private
.不提供对成员的改变方法，例如：setXXXX
.确保所有的方法不会被重载。手段有两种：使用final Class(强不可变类)，或者将所有类方法加上final(弱不可变类)。
.如果某一个类成员不是原始变量(primitive)或者不可变类，必须通过在成员初始化(in)或者get方法(out)时通过深度clone方法，来确保类的不可变。

f、不可变类总是线程安全的，因为对象状态不可变；可变类需要额外的方法保证其线程安全。

5、线程安全与运行效率
可变类的线程安全是以降低程序的运行效率作为代价的，为了减少线程安全所带来的负面影响，可采用以下策略：
a、不要对线程安全类的所有方法都进行同步，只对那些会改变竞争资源（共享资源）的方法同步；
b、如果可变类有两种运行环境：单线程环境和多线程环境，这应该提供该类的线程不安全版本和线程安全版本；

时间： 2024-10-12 22:14:46

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