Java编程那些事儿98——多线程问题及处理1收藏
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Java编程那些事儿98——多线程问题及处理1
陈跃峰
12.4 多线程问题及处理
多线程编程为程序开发带来了很多的方便，但是也带来了一些问题，这些问题是在程序开发过程中必须进行处理的问题。
这些问题的核心是，如果多个线程同时访问一个资源，例如变量、文件等，时如何保证访问安全的问题。在多线程编程中，这种会被多个线程同时访问的资源叫做临界资源。
下面通过一个简单的示例，演示多个线程访问临界资源时产生的问题。在该示例中，启动了两个线程类DataThread的对象，该线程每隔200毫秒输出一次变量n的值，并将n的值减少1。变量n的值存储在模拟临界资源的Data类中，该示例的核心是两个线程类都使用同一个Data类的对象，这样Data类的这个对象就是一个临界资源了。示例代码如下：
package syn1;
/**
* 模拟临界资源的类
*/
public class Data {
public int n;
public Data(){
n = 60;
}
}
package syn1;
/**
* 测试多线程访问时的问题
*/
public class TestMulThread1 {
public static void main(String[] args) {
Data data = new Data();
DataThread d1 = new DataThread(data,"线程1");
DataThread d2 = new DataThread(data,"线程2");
}
}
package syn1;
/**
* 访问数据的线程
*/
public class DataThread extends Thread {
Data data;
String name;
public DataThread(Data data,String name){
this.data = data;
this.name = name;
start();
}
public void run(){
try{
for(int i = 0;i < 10;i++){
System.out.println(name + ":" + data.n);
data.n--;
Thread.sleep(200);
}
}catch(Exception e){}
}
}
在运行时，因为不同情况下该程序的运行结果会出现不同，该程序的一种执行结果为：
线程1:60
线程2:60
线程2:58
线程1:58
线程2:56
线程1:56
线程2:54
线程1:54
线程2:52
线程1:52
线程2:50
线程1:50
线程2:48
线程1:48
线程2:47
线程1:46
线程2:44
线程1:44
线程2:42
线程1:42
从执行结果来看，第一次都输出60是可以理解的，因为线程在执行时首先输出变量的值，这个时候变量n的值还是初始值60，而后续的输出就比较麻烦了，在开始的时候两个变量保持一致的输出，而不是依次输出n的每个值的内容，而到将要结束时，线程2输出47这个中间数值。
出现这种结果的原因很简单：线程1改变了变量n的值以后，还没有来得及输出，这个变量n的值就被线程2给改变了，所以在输出时看的输出都是跳跃的，偶尔出现了连续。
出现这个问题也比较容易接受，因为最基本的多线程程序，系统只保证线程同时执行，至于哪个先执行，哪个后执行，或者执行中会出现一个线程执行到一半，就把CPU的执行权交给了另外一个线程，这样线程的执行顺序是随机的，不受控制的。所以会出现上面的结果。
这种结果在很多实际应用中是不能被接受的，例如银行的应用，两个人同时取一个账户的存款，一个使用存折、一个使用卡，这样访问账户的金额就会出现问题。或者是售票系统中，如果也这样就出现有人买到相同座位的票，而有些座位的票却未售出。
在多线程编程中，这个是一个典型的临界资源问题，解决这个问题最基本，最简单的思路就是使用同步关键字synchronized。
synchronized关键字是一个修饰符，可以修饰方法或代码块，其的作用就是，对于同一个对象(不是一个类的不同对象)，当多个线程都同时调用该方法或代码块时，必须依次执行，也就是说，如果两个或两个以上的线程同时执行该段代码时，如果一个线程已经开始执行该段代码，则另外一个线程必须等待这个线程执行完这段代码才能开始执行。就和在银行的柜台办理业务一样，营业员就是这个对象，每个顾客就好比线程，当一个顾客开始办理时，其它顾客都必须等待，及时这个正在办理的顾客在办理过程中接了一个电话 (类比于这个线程释放了占用CPU的时间，而处于阻塞状态)，其它线程也只能等待。
使用synchronized关键字修改以后的上面的代码为：
package syn2;
/**
* 模拟临界资源的类
*/
public class Data2 {
public int n;
public Data2(){
n = 60;
}
public synchronized void action(String name){
System.out.println(name + ":" + n);
n--;
}
}
package syn2;
/**
* 测试多线程访问时的问题
*/
public class TestMulThread2 {
public static void main(String[] args) {
Data2 data = new Data2();
Data2Thread d1 = new Data2Thread(data,"线程1");
Data2Thread d2 = new Data2Thread(data,"线程2");
}
}
package syn2;
/**
* 访问数据的线程
*/
public class Data2Thread extends Thread {
Data2 data;
String name;
public Data2Thread(Data2 data,String name){
this.data = data;
this.name = name;
start();
}
public void run(){
try{
for(int i = 0;i < 10;i++){
data.action(name);
Thread.sleep(200);
}
}catch(Exception e){}
}
}
该示例代码的执行结果会出现不同，一种执行结果为：
线程1:60
线程2:59
线程2:58
线程1:57
线程2:56
线程1:55
线程2:54
线程1:53
线程2:52
线程1:51
线程2:50
线程1:49
线程1:48
线程2:47
线程2:46
线程1:45
线程2:44
线程1:43
线程2:42
线程1:41
在该示例中，将打印变量n的代码和变量n变化的代码组成一个专门的方法action，并且使用修饰符synchronized修改该方法，也就是说对于一个Data2的对象，无论多少个线程同时调用action方法时，只有一个线程完全执行完该方法以后，别的线程才能够执行该方法。这就相当于一个线程执行到该对象的synchronized方法时，就为这个对象加上了一把锁，锁住了这个对象，别的线程在调用该方法时，发现了这把锁以后就继续等待下去了。
其实这只是一种简单的方法，使用这种方法虽然解决了同时访问的问题，但是却使得线程的执行是无序的，从执行结果可以看出，线程的执行是交错的。就好象在银行办理业务一样，一大群人围在窗口，一个人在办理时其他的人就处于等待，但是当这个人办理完成以后其他的人那个先办理就看谁能抢到了。那如果想让线程有序执行，就是让线程执行时依次执行，就像银行中排队办理业务一样，又该怎么解决呢？这个就是线程的另外一种解决思路了，比较著名的例子是生产者-消费者模型，这里就不再重复了，下面举一个浅显的例子来说明这个问题，并使用代码实现该示例.