JAVA 多线程--线程同步安全

  每当我们在项目中使用多线程的时候，我们就不得不考虑线程的安全问题，而与线程安全直接挂钩的就是线程的同步问题。而在java的多线程中，用来保证多线程的同步安全性的主要有三种方法：同步代码块，同步方法和同步锁。下面就一起来看：

一、引言        

   最经典的线程问题：去银行存钱和取钱的问题，现在又甲乙两个人去同一个账户中取款，每人取出800，但是账户中一共有1000元，从逻辑上来讲，如果甲取走800，那么乙一定取不出来800：

　  首先定义一个account.java  个人账户的实体类：

/**
 * 模仿银行取钱的经典问题：在当前的账户类中封装账户编号和余额两个属性
 * 
 * @author root
 * 
*/
public class Account {

private String accountNo;
private double balance;

public Account() {
 }

// 构造器
public Account(String accountNo, double balance) {
this.accountNo = accountNo;
this.balance = balance;
 }

public String getAccountNo() {
return accountNo;
 }

public void setAccountNo(String accountNo) {
this.accountNo = accountNo;
 }

public double getBalance() {
return balance;
 }

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

// 下面两个方法根据accountNo来计算account的hashcode和判断equals
public int hashCode() {
return accountNo.hashCode();
 }

public boolean equals(Object obj) {
if (obj != null && obj.getClass() == Account.class) {
Account target = (Account) obj;
return target.getAccountNo().equals(accountNo);
 }
return false;
 }

// 使用同步方法提供一个线程安全的draw方法来完成取钱的操作
public synchronized void draw(double drawAmount) {
// 账户余额大于取钱的数目
if (balance >= drawAmount) {
// 吐出钞票
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取钱成功，吐出钞票！" + drawAmount);

try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
// 修改余额
balance -= drawAmount;
System.out.println("\t 余额为： " + balance);
} else {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取钱失败，余额不足");
 }
 }

}

  之后写一个模仿取钱的线程类：

package thread.threadInBank;

/**
 * 取钱的线程类，该线程类根据执行账户，取钱的数量进行取钱操作，取钱的逻辑是当其余额不足时无法提取现金，当余额足够时系统吐出
 * 钞票，余额对应的减少
 * @author root
 *
*/
public class DrawThread extends Thread{

//模拟用户账户
private Account account;

//当前取钱线程所希望取出的的钱数
private double drawAmount;

public DrawThread(String name,Account account,double drawAmount){
super(name);
this.account = account;
this.drawAmount= drawAmount;
 }

//当多条线程修改同一个共享数据时，将涉及数据安全问题
public void run(){
//账户余额大于取钱的数目
if (account.getBalance() >= drawAmount) {
//吐出钞票
System.out.println(getName()+ "取钱成功，吐出钞票！" + drawAmount);

// try {
// Thread.sleep(1);
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
//修改余额
account.setBalance(account.getBalance() - drawAmount);
System.out.println("\t 余额为： " + account.getBalance());
}else {
System.out.println(getName() + "取钱失败，余额不足");
 }
 }
}

  写一个测试方法，来测试当前的取钱操作：

package thread.threadInBank;

public class testDraw {
public static void main(String[] args) {
//创建一个用户
Account acct = new Account("1234567",1000);
//模拟两个线程对同一个账户取钱
new DrawThread("甲", acct, 800).start();
new DrawThread("乙", acct, 800).start();

 }
}

  乍一看，上面的程序好像也没有什么问题，但是多次运行之后会出现下面两种结果：

         

     所以这样的程序肯定存在问题，那么我们应该如何对上述程序进行更改，使得当前的账户不能取第二次800；这就必须提到java提供的线程同步的第一种方法：同步代码块

二、同步代码块

   我们很容易发现上述程序出现问题是因为：当前run方法的方法体不具备同步安全性，而程序中的两个并发线程（甲乙两次取钱）都在修改该账户，所以为了解决这个问题，我们需要使用java多线程引入的同步监视器来解决，也就是将当前取钱的那段代码使用synchronized 关键字修饰，也就是使之成为同步代码块：

package thread.threadInBank;

/**
 * 取钱的线程类，该线程类根据执行账户，取钱的数量进行取钱操作，取钱的逻辑是当其余额不足时无法提取现金，当余额足够时系统吐出 钞票，余额对应的减少
 * 
 * @author root
 * 
*/
public class DrawThread extends Thread {

// 模拟用户账户
private Account account;

// 当前取钱线程所希望取出的的钱数
private double drawAmount;

public DrawThread(String name, Account account, double drawAmount) {
super(name);
this.account = account;
this.drawAmount = drawAmount;
 }

// 当多条线程修改同一个共享数据时，将涉及数据安全问题
public void run() {
// 使用account作为同步监视器，任何线程进入下面的同步代码之前
// 必须Ian获得对account账户的锁定--其他线程无法获得锁，也就无法修改它
// 这种做法符合：加锁--》 修改完成 -- 》释放锁 的逻辑
synchronized (account) {

// 账户余额大于取钱的数目
if (account.getBalance() >= drawAmount) {
// 吐出钞票
 System.out.println(getName() + "取钱成功，吐出钞票！" + drawAmount);

try {
 Thread.sleep(1);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
// 修改余额
 account.setBalance(account.getBalance() - drawAmount);
 System.out.println("\t 余额为： " + account.getBalance());
 } else {
 System.out.println(getName() + "取钱失败，余额不足");
 }
 }
//同步代码块结束，该线程释放同步锁
 }
}

   这样无论何时都会保证当前账户中无法由乙提取出第二个800,：

  所以这种方法保证了当前只有一个线程可以处于临界区（修改共享资源的代码区），从而保证了线程的安全性；

三、同步方法

  其实同步方法和同步代码块类似，都是使用sychronized关键字。只是这次是修饰整个方法，而这个被修饰的方法就被称为同步方法：

// 使用同步方法提供一个线程安全的draw方法来完成取钱的操作
public synchronized void draw(double drawAmount) {
// 账户余额大于取钱的数目
if (balance >= drawAmount) {
// 吐出钞票
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取钱成功，吐出钞票！" + drawAmount);

try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
// 修改余额
balance -= drawAmount;
System.out.println("\t 余额为： " + balance);
} else {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取钱失败，余额不足");
 }
}

   这样我们直接在测试类中调用上面的同步方法就可以了，这样可以保证多条线程并发调用draw方法且不会出现问题；

四、同步锁：Lock

   其实同步锁就是显式地对当前程序加锁，而且每次只能有一个线程对lock对象加锁。所以我们使用同步锁的方法改善银行取钱问题：

package thread.threadInBank;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * 模仿银行取钱的经典问题：在当前的账户类中封装账户编号和余额两个属性
 * 
 * @author root
 * 
*/
public class Account_lock {

//定义锁对象
private final ReentrantLock lock= new ReentrantLock();
private String accountNo;
private double balance;

public Account_lock() {
 }

// 构造器
public Account_lock(String accountNo, double balance) {
this.accountNo = accountNo;
this.balance = balance;
 }

 省略了属性的get和set方法
 省略了equals和hashCode两个方法

// 使用同步方法提供一个线程安全的draw方法来完成取钱的操作
public void draw(double drawAmount) {
//对同步锁进行加锁
 lock.lock();
try {
// 账户余额大于取钱的数目
if (balance >= drawAmount) {
// 吐出钞票
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取钱成功，吐出钞票！" + drawAmount);

try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
// 修改余额
balance -= drawAmount;
System.out.println("\t 余额为： " + balance);
} else {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取钱失败，余额不足");
 }
//使用finally块来确保释放锁
} finally{
 lock.unlock();
 }

 }
}

      添加一个测试类，测试当前的取钱操作：

package thread.threadInBank;

/**
 * 取钱的线程类，该线程类根据执行账户，取钱的数量进行取钱操作，取钱的逻辑是当其余额不足时无法提取现金，当余额足够时系统吐出 钞票，余额对应的减少
 * 
 * @author root
 * 
*/
public class DrawThread extends Thread {
private Account_lock account_lock;

// 当前取钱线程所希望取出的的钱数
private double drawAmount;

public DrawThread(String name, Account_lock account_lock, double drawAmount) {
super(name);
this.account_lock = account_lock;
this.drawAmount = drawAmount;
 }

// 当多条线程修改同一个共享数据时，将涉及数据安全问题
public void run() {
//直接调用使用同步锁的方法
 account_lock.draw(drawAmount);
//同步代码块结束，该线程释放同步锁
 }
}

  可以发现，当前的方法依旧可以实现取钱成功的操作；

  但是可能会有人担心，线程的同步会不会影响程序的性能？

  所以我们在使用多线程的时候，要尽可能的只对会改变竞争资源的方法进行同步，并且在多线程环境中使用线程安全的版本，这样尽可能地减少多线程安全给我们带来的负面影响；