2021-04-16 12:04:39

Java中高级高并发与多线程系列(五):线程的 synchronized 同步与死锁


Java中高级高并发与多线程系列(五):线程的 synchronized 同步与死锁

首先声明,本系列文章分享都是我自己的学习理解以后,原创手敲,可能包含错误的观点和理解,仅供参考,如遇错误的地方欢迎指正。

了解过多线程的同学肯定听说过 synchronized 这个关键词,我们先用一个错误的案例来引出不使用 synchronized 引发的问题,然后再使用 synchronized 解决问题,然后再由 synchronized 引出死锁问题。本篇先介绍不做更深入的研究,后面文章会慢慢深入。

多线程系列全部演示代码公开在:https://github.com/renfei/demo/tree/master/java/ConcurrentDemo

引出问题

我们先使用错误的案例引出问题,在多线程环境中不使用 synchronized 会发生什么?我们写程序模拟多个摊贩售卖苹果的情况,我们先定义一个售卖苹果的程序,一共有 10 个苹果:

/**
 * 售卖苹果的线程A,这是一个错误的演示,引出存在的问题
 */
class SaleAppleA implements Runnable {
    // 一共有 10 个苹果
    private int apple = 10;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (this.apple > 0) {
                try {
                    // 模拟延迟,在真实场景中这里可能是网络延迟或者业务逻辑执行延迟
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 售卖了苹果编号:" + this.apple--);
            } else {
                System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 售卖结束,关门了");
                break;
            }
        }
    }
}

然后让三个摊贩渠道去售卖:

SaleAppleA saleAppleA = new SaleAppleA();
new Thread(saleAppleA, "摊贩A-A").start();
new Thread(saleAppleA, "摊贩A-B").start();
new Thread(saleAppleA, "摊贩A-C").start();

我们会看到,同一个苹果编号可能被多个摊贩重复销售,甚至有的已经关门了,但有的还在售卖,这显然是不符合正常情况的,应该一个苹果只能被销售一次,并且销售为空时应都关门,而不是有的关了有的还在销售。

这个就是多线程环境中的同步问题,多个摊贩拿走苹果的时候,其他摊贩并不知道,还能拿走同一个苹果,所以我们就需要一种机制保证苹果拿走就是拿走了,而不是可以被多次拿走同一个苹果。

线程同步

为了解决上面引出的问题,Java 为我们提供了一个 synchronized 关键字,这里先不做深入的研究,后面会专门写一篇原子性内置锁 synchronized。

我们新写一个SaleAppleB,在销售方法上,我们只增加了 synchronized 关键字:

/**
 * 售卖苹果的线程B,加入同步锁机制
 */
class SaleAppleB implements Runnable {
    // 一共有 10 个苹果
    private int apple = 10;
    private synchronized boolean sale() {
        if (this.apple > 0) {
            try {
                // 模拟延迟,在真实场景中这里可能是网络延迟或者业务逻辑执行延迟
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 售卖了苹果编号:" + this.apple--);
            return false;
        } else {
            System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 售卖结束,关门了");
            return true;
        }
    }
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (this.sale()) {
                break;
            }
        }
    }
}

然后准备几个摊贩,再试试:

SaleAppleB saleAppleB = new SaleAppleB();
new Thread(saleAppleB, "摊贩B-A").start();
new Thread(saleAppleB, "摊贩B-B").start();
new Thread(saleAppleB, "摊贩B-C").start();

完整演示代码公开在:https://github.com/renfei/demo/blob/master/java/ConcurrentDemo/src/main/java/net/renfei/demo/concurrent/ThreadSynchronizationDemo.java

这个时候就非常和谐了,不会出现重复销售同一个苹果,因为加了 synchronized 关键字以后,同一个时间只有一个进程可以进入销售方法,所以就正常了。

synchronized 是一种比较重的锁,当有进程进入 synchronized 方法的时候,整个 SaleAppleB 都会被锁住,一次只能允许一个进程进来,这个时候使用不当还会引发另一个问题,就是死锁。

线程死锁

同样我们先演示个死锁给大家看看,我想出来的案例是买苹果的案例,我们先定义两个资源类,Money 钱资源和Apple苹果资源,然后他俩的逻辑是这样的:

钱:先给我苹果,我就给你钱

苹果:先给我钱,我就给你苹果

实例代码:

/**
 * 线程间,资源互持,死锁演示
 *
 * @author renfei
 */
public class DeadlockDemo implements Runnable {
    private Money money = new Money();
    private Apple apple = new Apple();
    public static void main(String[] args) {
        new DeadlockDemo();
    }
    /**
     * main 线程实例化的时候,占有钱对象,需要拿到苹果,才能付钱
     */
    public DeadlockDemo() {
        new Thread(this).start();
        money.buy(apple);
    }
    /**
     * 子线程占有苹果,需要拿到钱,才能销售苹果
     */
    @Override
    public void run() {
        apple.sale(money);
    }
}
/**
 * 钱的资源
 */
class Money {
    /**
     * 买苹果
     *
     * @param apple 苹果
     */
    public synchronized void buy(Apple apple) {
        System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + ":给我苹果。我就给你钱");
        apple.ok();
    }
    public synchronized void ok() {
        System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + ":购买苹果成功。");
    }
}
/**
 * 苹果资源
 */
class Apple {
    /**
     * 销售苹果
     *
     * @param money 钱
     */
    public synchronized void sale(Money money) {
        System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + ":给我钱。我就给你苹果");
        money.ok();
    }
    public synchronized void ok() {
        System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + ":销售苹果成功。");
    }
}

完整代码公开在:https://github.com/renfei/demo/blob/master/java/ConcurrentDemo/src/main/java/net/renfei/demo/concurrent/DeadlockDemo.java

如果运行的话,就可以看出,程序卡在这里了,钱在等苹果释放资源,苹果在等钱释放资源,死锁就是两个资源相互持有各自所需的资源,就会导致一直在这里等着。

其实死锁不一定是两个资源相互死锁,只要多个资源形成一个环形的持有关系,就可以形成死锁,所以打破死锁只要破坏环形持有关系就可以。



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原文链接:https://www.renfei.net/posts/1003499
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