Java线程同步与生产者消费者模型

Java线程同步与生产者消费者模型

1、同步代码块解决数据安全问题

• 安全问题出现的条件

  • 是多线程环境

  • 有共享数据

  • 有多条语句操作共享数据

• 如何解决多线程安全问题呢?

  • 基本思想：让程序没有安全问题的环境

• 怎么实现呢?

  • 把多条语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程执行即可

  • Java提供了同步代码块的方式来解决

• 同步代码块格式：

  synchronized(任意对象) { 
      多条语句操作共享数据的代码 
  }

        synchronized(任意对象)：就相当于给代码加锁了，任意对象就可以看成是一把锁  

• 同步的好处和弊端

  • 好处：解决了多线程的数据安全问题

  • 弊端：当线程很多时，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很耗费资源的，无形中会降低程序的运行效率

• 代码演示

  public class SellTicket implements Runnable {private int tickets = 100;private Object obj = new Object();@Overridepublic void run() {while (true) {synchronized (obj) { // 对可能有安全问题的代码加锁,多个线程必须使用同一把锁//t1进来后，就会把这段代码给锁起来if (tickets > 0) {try {Thread.sleep(100);//t1休息100毫秒} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}//窗口1正在出售第100张票System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");tickets--; //tickets = 99;}}//t1出来了，这段代码的锁就被释放了}}
  }public class SellTicketDemo {public static void main(String[] args) {SellTicket st = new SellTicket();Thread t1 = new Thread(st, "窗口1");Thread t2 = new Thread(st, "窗口2");Thread t3 = new Thread(st, "窗口3");t1.start();t2.start();t3.start();}
  }

   

2、 同步方法解决数据安全问题

2.1、同步方法的格式

同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上

修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) { 
    方法体；
} 

同步方法的锁对象是什么呢?

        this

2.2、静态同步方法  

同步静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上

修饰符 static synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) { 
    方法体；
} 

同步静态方法的锁对象是什么呢?

        类名.class

 2.3、代码演示

public class MyRunnable implements Runnable {private static int ticketCount = 100;@Overridepublic void run() {while(true){if("窗口一".equals(Thread.currentThread().getName())){//同步方法boolean result = synchronizedMthod();if(result){break;}}if("窗口二".equals(Thread.currentThread().getName())){//同步代码块synchronized (MyRunnable.class){if(ticketCount == 0){break;}else{try {Thread.sleep(10);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}ticketCount--;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticketCount + "张票");}}}}}private static synchronized boolean synchronizedMthod() {if(ticketCount == 0){return true;}else{try {Thread.sleep(10);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}ticketCount--;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticketCount + "张票");return false;}}
}

public class Demo {public static void main(String[] args) {MyRunnable mr = new MyRunnable();Thread t1 = new Thread(mr);Thread t2 = new Thread(mr);t1.setName("窗口一");t2.setName("窗口二");t1.start();t2.start();}
}

3、Lock锁

虽然我们可以理解同步代码块和同步方法的锁对象问题，但是我们并没有直接看到在哪里加上了锁，在哪里释放了锁，为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock

Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来实例化

3.1、ReentrantLock构造方法 

3.2、加锁解锁方法

3.3、代码演示

 public class Ticket implements Runnable {//票的数量private int ticket = 100;private Object obj = new Object();private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();@Overridepublic void run() {while (true) {//synchronized (obj){//多个线程必须使用同一把锁.try {lock.lock();if (ticket <= 0) {//卖完了break;} else {Thread.sleep(100);ticket--;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖票,还剩下" + ticket + "张票");}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}// }}}}public class Demo {public static void main(String[] args) {Ticket ticket = new Ticket();Thread t1 = new Thread(ticket);Thread t2 = new Thread(ticket);Thread t3 = new Thread(ticket);t1.setName("窗口一");t2.setName("窗口二");t3.setName("窗口三");t1.start();t2.start();t3.start();}}

4、死锁

• 概述

  线程死锁是指由于两个或者多个线程互相持有对方所需要的资源，导致这些线程处于等待状态，无法前往执行

• 什么情况下会产生死锁

  1. 资源有限

  2. 同步嵌套

• 代码演示

  public class Demo {public static void main(String[] args) {Object objA = new Object();Object objB = new Object();new Thread(()->{while(true){synchronized (objA){//线程一synchronized (objB){System.out.println("小康同学正在走路");}}}}).start();new Thread(()->{while(true){synchronized (objB){//线程二synchronized (objA){System.out.println("小薇同学正在走路");}}}}).start();}
  }

5、生产者消费者

5.1、生产者和消费者模式概述

概述：

生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作的模式，弄懂生产者消费者问题能够让我们对多线程编程的理解更加深刻。

所谓生产者消费者问题，实际上主要是包含了两类线程：

• 生产者线程用于生产数据
• 消费者线程用于消费数据

为了解耦生产者和消费者的关系，通常会采用共享的数据区域，就像是一个仓库

生产者生产数据之后直接放置在共享数据区中，并不需要关心消费者的行为

消费者只需要从共享数据区中去获取数据，并不需要关心生产者的行为

Object类的等待和唤醒方法

6、阻塞队列基本使用

6.1、阻塞队列继承结构

6.2、常见BlockingQueue:

ArrayBlockingQueue: 底层是数组,有界

LinkedBlockingQueue: 底层是链表,无界.但不是真正的无界,最大为int的最大值

6.3、代码示例 

public class Demo02 {public static void main(String[] args) throws Exception {// 创建阻塞队列的对象,容量为 1ArrayBlockingQueue<String> arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(1);// 存储元素arrayBlockingQueue.put("汉堡包");// 取元素System.out.println(arrayBlockingQueue.take());System.out.println(arrayBlockingQueue.take()); // 取不到会阻塞System.out.println("程序结束了");}
}