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Java：并发笔记-02

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Java：并发笔记-02

说明：这是看了 bilibili 上 黑马程序员 的课程 java并发编程 后做的笔记

3. 共享模型之管程-1

本章内容-1

  • 共享问题
  • synchronized
  • 线程安全分析

3.1 共享带来的问题

小故事

  • 老王（操作系统）有一个功能强大的算盘（CPU），现在想把它租出去，赚一点外快

  • 小南、小女（线程）来使用这个算盘来进行一些计算，并按照时间给老王支付费用

  • 但小南不能一天24小时使用算盘，他经常要小憩一会（sleep），又或是去吃饭上厕所（阻塞IO操作），有时还需要一根烟，没烟时思路全无（wait）这些情况统称为（阻塞）

  • 在这些时候，算盘没利用起来（不能收钱了），老王觉得有点不划算

  • 另外，小女也想用用算盘，如果总是小南占着算盘，让小女觉得不公平

  • 于是，老王灵机一动，想了个办法 [ 让他们每人用一会，轮流使用算盘 ]

  • 这样，当小南阻塞的时候，算盘可以分给小女使用，不会浪费，反之亦然

  • 最近执行的计算比较复杂，需要存储一些中间结果，而学生们的脑容量（工作内存）不够，所以老王申请了一个笔记本（主存），把一些中间结果先记在本上

  • 计算流程是这样的

  • 但是由于分时系统，有一天还是发生了事故

  • 小南刚读取了初始值 0 做了个 +1 运算，还没来得及写回结果

  • 老王说 [ 小南，你的时间到了，该别人了，记住结果走吧 ]，于是小南念叨着 [ 结果是1，结果是1...] 不甘心地到一边待着去了（上下文切换）

  • 老王说 [ 小女，该你了 ]，小女看到了笔记本上还写着 0 做了一个 -1 运算，将结果 -1 写入笔记本

  • 这时小女的时间也用完了，老王又叫醒了小南：[小南，把你上次的题目算完吧]，小南将他脑海中的结果 1 写入了笔记本

  • 小南和小女都觉得自己没做错，但笔记本里的结果是 1 而不是 0

Java 的体现

两个线程对初始值为 0 的静态变量一个做自增，一个做自减，各做 5000 次，结果是 0 吗？

static int counter = 0;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5000; i++) {
counter++;
}
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5000; i++) {
counter--;
}
}, "t2");
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
LoggerUtils.LOGGER.debug("{}",counter);
}

问题分析

以上的结果可能是正数、负数、零。为什么呢？因为 Java 中对静态变量的自增，自减并不是原子操作，要彻底理解，必须从字节码来进行分析

例如对于 i++ 而言（i 为静态变量），实际会产生如下的 JVM 字节码指令：

getstatic i // 获取静态变量i的值
iconst_1 // 准备常量1
iadd // 自增
putstatic i // 将修改后的值存入静态变量i

而对应 i-- 也是类似：

getstatic i // 获取静态变量i的值
iconst_1 // 准备常量1
isub // 自减
putstatic i // 将修改后的值存入静态变量i

而 Java 的内存模型如下，完成静态变量的自增，自减需要在主存和工作内存中进行数据交换：

如果是单线程以上 8 行代码是顺序执行（不会交错）没有问题：

但多线程下这 8 行代码可能交错运行：

  1. 出现负数的情况：

  1. 出现正数的情况：

临界区 Critical Section

  • 一个程序运行多个线程本身是没有问题的
  • 问题出在多个线程访问共享资源
    • 多个线程读共享资源其实也没有问题
    • 在多个线程对共享资源读写操作时发生指令交错，就会出现问题
  • 一段代码块内如果存在对共享资源的多线程读写操作，称这段代码块为临界区

例如，下面代码中的临界区

static int counter = 0;static void increment(){
counter ++;
}
static void decrement(){
counter --;
}

竞态条件 Race Condition

多个线程在临界区内执行，由于代码的执行序列不同而导致结果无法预测，称之为发生了竞态条件

3.2 synchronized 解决方案

互斥

为了避免临界区的竞态条件发生，有多种手段可以达到目的。

  • 阻塞式的解决方案：synchronized，Lock
  • 非阻塞式的解决方案：原子变量

本次课使用阻塞式的解决方案：synchronized，来解决上述问题，即俗称的【对象锁】，它采用互斥的方式让同一时刻至多只有一个线程能持有【对象锁】，其它线程再想获取这个【对象锁】时就会阻塞住。这样就能保证拥有锁的线程可以安全的执行临界区内的代码，不用担心线程上下文切换.

注意：

虽然 Java 中互斥和同步都可以采用 synchronized 关键字来完成，但它们还是有区别的：

  • 互斥是保证临界区的竞态条件发生，同一时刻只能有一个线程执行临界区代码
  • 同步是由于线程执行的先后、顺序不同、需要一个线程等待其它线程运行到某个点

synchronized

语法：

synchronized(对象){ // 线程1，线程2（blocked）
// 临界区
}

解决：

static int counter = 0;
static final Object room = new Object();public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5000; i++) {
synchronized (room) {
counter++;
}
}
}, "t1"); Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5000; i++) {
synchronized (room) {
counter--;
}
}
}, "t2"); t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
LoggerUtils.LOGGER.debug("{}",counter);
}

你可以做这样的类比：

  • synchronized(对象) 中的对象，可以想象为一个房间（room），有唯一入口（门）房间只能一次进入一人进行计算，线程 t1，t2 想象成两个人
  • 当线程 t1 执行到 synchronized(room) 时就好比 t1 进入了这个房间，并锁住了门拿走了钥匙，在门内执行count++ 代码
  • 这时候如果 t2 也运行到了 synchronized(room) 时，它发现门被锁住了，只能在门外等待，发生了上下文切换，阻塞住了
  • 这中间即使 t1 的 cpu 时间片不幸用完，被踢出了门外（不要错误理解为锁住了对象就能一直执行下去哦），这时门还是锁住的，t1 仍拿着钥匙，t2 线程还在阻塞状态进不来，只有下次轮到 t1 自己再次获得时间片时才能开门进入
  • 当 t1 执行完 synchronized{} 块内的代码，这时候才会从 obj 房间出来并解开门上的锁，唤醒 t2 线程把钥匙给他。t2 线程这时才可以进入 obj 房间，锁住了门拿上钥匙，执行它的 count-- 代码

用图来表示：

思考：

synchronized 实际是用对象锁保证了临界区内代码的原子性，临界区内的代码对外是不可分割的，不会被线程切换所打断。

为了加深理解，请思考下面的问题

  • 如果把 synchronized(obj) 放在 for 循环的外面，如何理解？答：锁住的代码更多了，体现了原子性
  • 如果 t1 synchronized(obj1) 而 t2 synchronized(obj2) 会怎样运作？答：锁对象不同，并不能达到互斥效果，体现了锁对象
  • 如果 t1 synchronized(obj) 而 t2 没有加会怎么样？如何理解？答：并不能达到互斥效果，t2 不需要遵守锁的规则，体现了锁对象锁对象

面向对象改进

把需要保护的共享变量放入一个类

public class Test { public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Room room = new Room(); Thread t1 = new Thread(()->{
for (int i = 0; i < 5000; i++) {
room.increment();
}
}, "t1"); Thread t2 = new Thread(()->{
for (int j = 0; j < 5000; j++) {
room.decrement();
}
}, "t2"); t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
LoggerUtils.LOGGER.debug("count:{}", room.get());
}}class Room{
int value = 0; public void increment(){
synchronized (this){
value++;
}
} public void decrement(){
synchronized (this){
value--;
}
} public int get(){
synchronized (this){
return value;
}
}
}

3.3 方法上的 synchronized

锁住对象——对象锁

class Test{
public synchronized void test(){ }
}// 等价于
class Test{
public void test(){
synchronized(this){ }
}
}

锁住类对象——类锁

class Test{
public synchronized static void test(){ }
}
// 等价于
class Test{
public static void test(){
synchronized(Test.class){ }
}
}

不加 synchronized 的方法

不加 synchronzied 的方法就好比不遵守规则的人，不去老实排队（好比翻窗户进去的）

所谓的“线程八锁”

其实就是考察 synchronized 锁住的是哪个对象

情况1：先输出1再输出2 / 先输出2再输出1

public class Test { public static void main(String[] args) {
Number n1 = new Number();
LoggerUtils.LOGGER.debug("main start");
new Thread(()-> n1.a()).start();
new Thread(()-> n1.b()).start();
}}class Number{
public synchronized void a(){
LoggerUtils.LOGGER.debug("1");
} public synchronized void b(){
LoggerUtils.LOGGER.debug("2");
}
}

情况2：先过1s然后输出1再输出2 / 先输出2经过1s后再输出1

public class Test { public static void main(String[] args) {
Number n1 = new Number();
LoggerUtils.LOGGER.debug("main start");
new Thread(()-> n1.a()).start();
new Thread(()-> n1.b()).start();
}
}class Number{
public synchronized void a(){
Sleeper.sleep(1);
LoggerUtils.LOGGER.debug("1");
} public synchronized void b(){
LoggerUtils.LOGGER.debug("2");
}
}

情况3：一切皆有可能，就是在输出1之前都需要等待1s

public class Test { public static void main(String[] args) {
Number n1 = new Number();
LoggerUtils.LOGGER.debug("main start");
new Thread(()-> n1.a()).start();
new Thread(()-> n1.b()).start();
new Thread(()-> n1.c()).start();
}
}class Number{
public synchronized void a(){
Sleeper.sleep(1);
LoggerUtils.LOGGER.debug("1");
} public synchronized void b(){
LoggerUtils.LOGGER.debug("2");
} public void c(){
LoggerUtils.LOGGER.debug("3");
}
}

情况4：锁不同，先输出2，经过1s后输出1

public class Test { public static void main(String[] args) {
Number n1 = new Number();
Number n2 = new Number();
LoggerUtils.LOGGER.debug("main start");
new Thread(()-> n1.a()).start();
new Thread(()-> n2.b()).start();
}
}class Number{
public synchronized void a(){
Sleeper.sleep(1);
LoggerUtils.LOGGER.debug("1");
} public synchronized void b(){
LoggerUtils.LOGGER.debug("2");
}
}

情况5：锁不同（一个类锁一个对象锁），先输出2，经过1s后输出1

public class Test { public static void main(String[] args) {
Number n1 = new Number();
LoggerUtils.LOGGER.debug("main start");
new Thread(()-> n1.a()).start();
new Thread(()-> n1.b()).start();
}
}class Number{
public static synchronized void a(){ // 类锁
Sleeper.sleep(1);
LoggerUtils.LOGGER.debug("1");
} public synchronized void b(){ // 对象锁
LoggerUtils.LOGGER.debug("2");
}
}

情况6：先过1s输出1，然后再输出2 / 先输出2，过1s后再输出1

public class Test04 { public static void main(String[] args) {
Number n1 = new Number();
LoggerUtils.LOGGER.debug("main start");
new Thread(()-> n1.a()).start();
new Thread(()-> n1.b()).start();
}
}class Number{
public static synchronized void a(){
Sleeper.sleep(1);
LoggerUtils.LOGGER.debug("1");
} public static synchronized void b(){
LoggerUtils.LOGGER.debug("2");
}
}

情况7：先输出2，经过1s后输出1

public class Test04 { public static void main(String[] args) {
Number n1 = new Number();
Number n2 = new Number();
LoggerUtils.LOGGER.debug("main start");
new Thread(()-> n1.a()).start();
new Thread(()-> n2.b()).start();
}
}class Number{
public static synchronized void a(){
Sleeper.sleep(1);
LoggerUtils.LOGGER.debug("1");
} public synchronized void b(){
LoggerUtils.LOGGER.debug("2");
}
}

情况8：先过1s输出1，然后再输出2 / 先输出2，过1s后再输出1

public class Test04 { public static void main(String[] args) {
Number n1 = new Number();
Number n2 = new Number();
LoggerUtils.LOGGER.debug("main start");
new Thread(()-> n1.a()).start();
new Thread(()-> n2.b()).start();
}
}class Number{
public static synchronized void a(){
Sleeper.sleep(1);
LoggerUtils.LOGGER.debug("1");
} public static synchronized void b(){
LoggerUtils.LOGGER.debug("2");
}
}

3.4 变量的线程安全分析

成员变量和静态变量是否线程安全？

  • 如果它们没有共享，则线程安全
  • 如果它们被共享了，根据它们的状态是否能够改变，又分两种情况
    • 如果只有读操作，则线程安全
    • 如果有读写操作，则这段代码是临界区，需要考虑线程安全

局部变量是否线程安全？

  • 局部变量是线程安全的
  • 但局部变量引用的对象则未必
    • 如果该对象没有逃离方法的作用范围，它是线程安全的
    • 如果该对象逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全

局部变量线程安全分析

public static void test1(){
int i = 10;
i++;
}

每个线程调用 test1() 方法时局部变量 i，会在每个线程的栈帧内存中被创建多份，因此不存在共享

public static void test1();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=0
0: bipush 10
2: istore_0
3: iinc 0, 1
6: return
LineNumberTable:
line 10: 0
line 11: 3
line 12: 6
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
3 4 0 i I

如图：

局部变量的引用稍有不同

先看一个成员变量的例子

public class Test { static final int THREAD_NUMBER=2;
static final int LOOP_NUMBER=200; public static void main(String[] args) {
ThreadUnsafe threadUnsafe = new ThreadUnsafe();
for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {
new Thread(()->{
threadUnsafe.method1(LOOP_NUMBER);
}, "Thread"+i).start();
}
}
}class ThreadUnsafe{
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); public void method1(int loopNumber){
for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
method2(list);
method3(list);
}
} private void method2(ArrayList<String> list){
list.add("1");
} private void method3(ArrayList<String> list){
list.remove(0);
}
}

其中一种情况是，如果线程2 还未 add，线程1 remove 就会报错：

Exception in thread "Thread1" Exception in thread "Thread0" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: -1
at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:463)
at cn.xyc.n4.ThreadUnsafe.method2(Test05.java:31)
at cn.xyc.n4.ThreadUnsafe.method1(Test05.java:25)
at cn.xyc.n4.Test05.lambda$main$0(Test05.java:14)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

分析：

  • 无论哪个线程中的 method2 引用的都是同一个对象中的 list 成员变量
  • method3 与 method2 分析相同

将 list 修改为局部变量

class Threadsafe{ public void method1(int loopNumber){
// 将list修改为局部变量
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
method2(list);
method3(list);
}
} private void method2(ArrayList<String> list){
list.add("1");
} private void method3(ArrayList<String> list){
list.remove(0);
}
}

那么就不会有上述问题了

分析：

  • list 是局部变量，每个线程调用时会创建其不同实例，没有共享
  • 而 method2 的参数是从 method1 中传递过来的，与 method1 中引用同一个对象
  • method3 的参数分析与 method2 相同

方法访问修饰符带来的思考，如果把 method2 和 method3 的方法修改为 public 会不会代理线程安全问题？

  • 情况1：有其它线程调用 method2 和 method3——无问题；

  • 情况2：在 情况1 的基础上，为 ThreadSafe 类添加子类，子类覆盖 method2 或 method3 方法，即

    public class Test05 { static final int THREAD_NUMBER=2;
    static final int LOOP_NUMBER=200; public static void main(String[] args) {
    ThreadSafe threadUnsafe = new ThreadSafeSubClass();
    for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {
    new Thread(()->{
    threadUnsafe.method1(LOOP_NUMBER);
    }, "Thread"+i).start();
    }
    }
    }class ThreadSafe{ public void method1(int loopNumber){
    ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
    method2(list);
    method3(list);
    }
    } public void method2(ArrayList<String> list){
    list.add("1");
    } public void method3(ArrayList<String> list){
    list.remove(0);
    }
    }class ThreadSafeSubClass extends ThreadUnsafe{ @Override
    public void method3(ArrayList<String> list) {
    // 子类和父类共享资源了
    // 局部变量的引用被暴露了
    new Thread(()->{
    list.remove(0);
    }).start();
    }
    }

    可能输出：

    Exception in thread "Thread-172" java.lang.IndexOutOfBoundsException: Index: 0, Size: 0
    at java.util.ArrayList.rangeCheck(ArrayList.java:657)
    at java.util.ArrayList.remove(ArrayList.java:496)
    at cn.xyc.n4.ThreadUnsafeSubClass.lambda$method3$0(Test05.java:45)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

解决：

  • 将方法的访问修饰符修改为private，限制子类无法覆盖；
  • 加final修饰符，阻止子类重新该方法

从这个例子可以看出 private 或 final 提供【安全】的意义所在，请体会开闭原则中的【闭】

常见线程安全类

  • String
  • Integer
  • StringBuffer
  • Random
  • Vector
  • Hashtable
  • java.util.concurrent 包下的类

这里说它们是线程安全的是指，多个线程调用它们同一个实例的某个方法时，是线程安全的。也可以理解为：

Hashtable table = new Hashtable();new Thread(()->{
table.put("key", "value1");
}).start();new Thread(()->{
table.put("key", "value2");
}).start();// hashtable源码：
public synchronized V put(K key, V value){
...
}

它们的每个方法是原子的

但注意它们多个方法的组合不是原子的，见后面分析

线程安全类方法的组合

分析下面代码是否线程安全？

Hashtable table = new Hashtable();
// 线程1，线程2
if(table.get("key") == null){
table.put("key", value);
}

不可变类线程安全性

String、Integer 等都是不可变类，因为其内部的状态不可以改变，因此它们的方法都是线程安全的；

有同学或许有疑问，String 有 replace，substring 等方法【可以】改变值啊，那么这些方法又是如何保证线程安全的呢？

public class Immutable{
private int value = 0; public Immutable(int value){
this.value = value;
} public int getValue(){
return this.value;
}
}

如果想增加一个增加的方法呢？

public class Immutable{
private int value = 0; public Immutable(int value){
this.value = value;
} public int getValue(){
return this.value;
} public Immutable add(int v){
// 新创建一个对象给你
return new Immutable(this.value + v);
}
}

实例分析

  • 例1：

// Sevlet运行在tomcat环境下，只有一个实例，会被多个线程共享使用
public class MyServlet extends HttpServlet {
// 是否安全？ ——> 不安全，HashMap不是线程安全类
Map<String,Object> map = new HashMap<>();
// 是否安全？ ——> 安全，不可变类
String S1 = "...";
// 是否安全？ ——> 安全
final String S2 = "...";
// 是否安全？ ——> 不安全，不是线程安全类
Date D1 = new Date();
// 是否安全？ ——> 不安全，final引用值固定不可变，但是对象中的属性还是可以被修改
final Date D2 = new Date(); public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
// 使用上述变量
}
}

  • 例2：

public class MyServlet extends HttpServlet {
// 是否安全？ ——> 不安全，HttpServlet只有一份，因此userService也会被多个线程共享
private UserService userService = new UserServiceImpl(); public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
userService.update(...);
}
}public class UserServiceImpl implements UserService {
// 记录调用次数
private int count = 0;
public void update() {
// ... 属于临界区，count就成了共享资源
count++;
}
}

  • 例3：

// Spring AOP 中对象没有特殊说明都是单例的，多个线程使用，成员变量被共享
@Aspect
@Component
public class MyAspect {
// 是否安全？ ——> 不安全，成员变量被共享了
private long start = 0L; @Before("execution(* *(..))") // 前置通知
public void before() {
start = System.nanoTime();
} @After("execution(* *(..))") // 后置通知
public void after() {
long end = System.nanoTime();
System.out.println("cost time:" + (end-start));
}
}

  • 例4：

public class MyServlet extends HttpServlet {
// 是否安全？ ——> 安全，UserServiceImpl为线程安全
private UserService userService = new UserServiceImpl();
public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
userService.update(...);
}
}public class UserServiceImpl implements UserService {
// 是否安全 ——> 安全，Dao中无可更改的成员变量，Dao为线程安全
private UserDao userDao = new UserDaoImpl();
public void update() {
userDao.update();
}
}public class UserDaoImpl implements UserDao {
// 是否安全？ ——> 安全，没有成员变量
public void update() {
String sql = "update user set password = ? where username = ?";
// 是否安全 ——> 安全，局部变量
try (Connection conn = DriverManager.getConnection("","","")){
// ...
} catch (Exception e) {
// ...
}
}
}

  • 例5：

public class MyServlet extends HttpServlet {
// 是否安全？ --> 不安全，UserServiceImpl不安全
private UserService userService = new UserServiceImpl();
public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
userService.update(...);
}
}public class UserServiceImpl implements UserService {
// 是否安全？ --> 不安全，UserDaoImpl类不安全
private UserDao userDao = new UserDaoImpl();
public void update() {
userDao.update();
}
}public class UserDaoImpl implements UserDao {
// 是否安全？ ——> 不安全，将conn作为类中的成员变量，
// 由于HttpServlet/UserServiceImpl/UserDaoImpl都是单例
// 因此，conn会被多个线程共享
private Connection conn = null;
public void update() throws SQLException {
String sql = "update user set password = ? where username = ?";
conn = DriverManager.getConnection("","","");
// ...
conn.close();
}
}

  • 例6：

public class MyServlet extends HttpServlet {
// 是否安全？ --> 安全，UserServiceImpl是安全的
private UserService userService = new UserServiceImpl();
public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
userService.update(...);
}
}
public class UserServiceImpl implements UserService {
public void update() {
// 每次创建新的UserDaoImpl，因此线程安全，但是不推荐
UserDao userDao = new UserDaoImpl();
userDao.update();
}
}
public class UserDaoImpl implements UserDao {
// 是否安全？ --> 不安全
private Connection = null;
public void update() throws SQLException {
String sql = "update user set password = ? where username = ?";
conn = DriverManager.getConnection("","","");
// ...
conn.close();
}
}

  • 例7：

public abstract class Test { public void bar() {
// 是否安全 --> 不安全
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
foo(sdf); // 暴露给其他对象了
} public abstract foo(SimpleDateFormat sdf); // 抽象方法 public static void main(String[] args) {
new Test().bar();
}
}

其中 foo 的行为是不确定的，可能导致不安全的发生，被称之为外星方法

public void foo(SimpleDateFormat sdf) {
String dateStr = "1999-10-11 00:00:00";
for (int i = 0; i < 20; i++) {
new Thread(() -> {
try {
sdf.parse(dateStr);
} catch (ParseException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
}

请比较 JDK 中 String 类的实现

  • 例8： 线程不安全，个人理解如下：Integer在后续修改值后的其表示的对象变了，那么加锁加在了不同的对象上，导致线程不安全

private static Integer i = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
List<Thread> list = new ArrayList<>();
for (int j = 0; j < 2; j++) {
Thread thread = new Thread(() -> {
for (int k = 0; k < 5000; k++) {
synchronized (i) {
i++;
}
}
}, "" + j);
list.add(thread);
}
list.stream().forEach(t -> t.start());
list.stream().forEach(t -> {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
log.debug("{}", i);
}

3.5 习题

卖票练习

测试下面代码是否存在线程安全问题，并尝试改正

public class ExerciseSell { public static void main(String[] args) { TicketWindow ticketWindow = new TicketWindow(1000);
// 所有线程的集合
List<Thread> list = new ArrayList<>();
// 用来存储卖出去多少张票
List<Integer> sellCount = new Vector<>(); // 模拟1000人去抢票
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
Thread t = new Thread(()->{
// 分析这里的竞态条件
Sleeper.sleep(0.01);
int count = ticketWindow.sell(randomAmount());
sellCount.add(count);
});
list.add(t);
t.start();
} // 等待线程结束
list.forEach((t)->{
try {
t.join();
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}); // 买出去的票求和
LoggerUtils.LOGGER.debug("selled count:{}", sellCount.stream().mapToInt(c -> c).sum());
// 剩余票数
LoggerUtils.LOGGER.debug("remainder count:{}", ticketWindow.getCount());
} // Random 为线程安全
static Random random = new Random();
// 随机1~5
public static int randomAmount(){
return random.nextInt(5) + 1;
}
}class TicketWindow{
private int count; public TicketWindow(int count) {
this.count = count;
} public int getCount() {
return count;
} public int sell(int amount) {
if (this.count >= amount) {
this.count -= amount;
return amount;
} else {
return 0;
}
}
}

上述代码会出现线程安全问题：

// 出现票多买的情况
15:07:12.211 cn.util.LoggerUtils [main] - selled count:1006
15:07:12.214 cn.util.LoggerUtils [main] - remainder count:0

另外，用下面的代码行不行，为什么？

List<Integer> sellCount = new ArrayList<>();
// 会有概率出错：
// Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
// 但是为什么呢？？？

修改如下：

public synchronized int sell(int amount) {
if (this.count >= amount) {
this.count -= amount;
return amount;
} else {
return 0;
}
}

转账练习

测试下面代码是否存在线程安全问题，并尝试改正

public class ExerciseTransfer { public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Account a = new Account(1000);
Account b = new Account(1000); Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
a.transfer(b, randomAmount());
}
}, "t1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
b.transfer(a, randomAmount());
}
}, "t2"); t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join(); // 查看转账2000次后的总金额
LoggerUtils.LOGGER.debug("total:{}",(a.getMoney() + b.getMoney()));
} // Random 为线程安全
static Random random = new Random();
// 随机 1~100
public static int randomAmount() {
return random.nextInt(100) +1;
}
}class Account{ private int money; public Account(int money){
this.money = money;
} public int getMoney() {
return money;
} public void setMoney(int money) {
this.money = money;
} public void transfer(Account target, int account){
if(this.money >= account){
this.setMoney(this.getMoney() - account);
target.setMoney(target.getMoney() + account);
}
}
}

这样改正行不行，为什么？

public synchronized void transfer(Account target, int account){
if(this.money >= account){
this.setMoney(this.getMoney() - account);
target.setMoney(target.getMoney() + account);
}
}

上述修改不行，因为转账涉及到了两个对象，在方法上加 synchronized 只是对于当前调用该方法的对象加了锁，应做如下修改：

public void transfer(Account target, int account){
synchronized (Account.class){
if(this.money >= account){
this.setMoney(this.getMoney() - account);
target.setMoney(target.getMoney() + account);
}
}
}