Runnable和Thread线程安全问题(火车卖票窗口问题)

千城君

2021 年 08 月 10 日

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学习笔记 Java

问题的缘由

多个线程执行的不确定性引起执行结果的不稳定
多个线程对账本的共享，会造成操作的不完整性，会破坏数据。
这里就拿窗口售票问题举例

代码如下：

//Runnable实现 
class Ticket implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticket > 0) {
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售出车票号为：" + ticket);
                ticket--;
            } else {
                break;
            }       
        }
    }
}
public class TicketTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket t = new Ticket();
        Thread t1 = new Thread(t);
        Thread t2 = new Thread(t);
        Thread t3 = new Thread(t);
        t1.setName("t1窗口");
        t2.setName("t2窗口");
        t3.setName("t3窗口");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

//继承Thread
class Ticket2 extends Thread{
    private static int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (ticket > 0){
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(getName() + "售出车票号为：" + ticket);
                ticket--;
            }
        }
    }
}
public class TicketTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket2 t1 = new Ticket2();
        Ticket2 t2 = new Ticket2();
        Ticket2 t3 = new Ticket2();
        t1.setName("t1窗口");
        t2.setName("t2窗口");
        t3.setName("t3窗口");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

1.多线程出现了安全问题

输出结果

2.问题的原因

当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。

3.解决办法

对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不可以参与执行。

方式一：同步代码块

synchronized(对象){
    //需要被同步的代码;
}

说明

操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码
共享数据：多个线程共同操作的变量。例如：ticket就是共享数据
同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象都可以充当锁（多线程必须共用一把锁）
在实现Runnable接口创建多线程的方式中，可以使用this充当同步监视器

Runnable修改后代码

synchronized (this) {
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售出车票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }

运行结果：

线程安全

Thread线程安全解决办法

synchronized (Ticket2.class) {
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(getName() + "售出车票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                }
            }

方式二：同步方法

public synchronized void show (String name){ 
    ….
}

synchronized还可以放在方法声明中，表示整个方法为同步方法

//实现Runnable
class Ticket3 implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            show();
        }
    }
    private synchronized void show() {
        if (ticket > 0){
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售出车票号为：" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}

//继承Thread类
class Ticket4 extends Thread {
    private static int ticket = 100;
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            show();
        }
    }
    private static synchronized void show() {
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售出车票号为：" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}
public class TicketTest4 {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket4 t1 = new Ticket4();
        Ticket4 t2 = new Ticket4();
        Ticket4 t3 = new Ticket4();
        t1.setName("t1窗口");
        t2.setName("t2窗口");
        t3.setName("t3窗口");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

关于同步方法的总结

同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要显性的声明
非静态的同步方法，同步监视器是this
静态的同步方法，同步监视器是当前类本身

方式三：lock锁---JDK5.0新增

步骤

class A{
    private final ReentrantLock lock = new ReenTrantLock();
    public void m(){
        lock.lock();
        try{
            //保证线程安全的代码;
        }
        finally{
            lock.unlock(); 
        }
    }
}

实例化ReentrantLock
调用锁定方法：lock();
调用解除锁定方法：unlock();

class Ticket5 implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    //1.实例化ReentrantLock
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try{
                //2.调用锁定方法：lock();
                lock.lock();
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售出车票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }finally {
                //3.调用解除锁定方法：unlock();
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}
public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Ticket5 t = new Ticket5();
        Thread t1 = new Thread(t);
        Thread t2 = new Thread(t);
        Thread t3 = new Thread(t);
        t1.setName("t1窗口");
        t2.setName("t2窗口");
        t3.setName("t3窗口");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}