Java多线程之守护线程和线程同步机制

守护(daemon)线程

• 线程分为用户线程和守护线程
• 虚拟机必须确保用户线程执行完毕(如:main方法)
• 虚拟机不用等待守护线程执行完毕(如:后台记录操作日志,监控内存,垃圾回收等待)

示例:
守护线程会一直执行,直到用户线程执行完毕

package Multithreading;

// 测试守护线程
// 上帝守护着你
public class TestDaemon {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        God god = new God();
        You you = new You();

        Thread t1 = new Thread(god);
        t1.setDaemon(true);// 设置守护线程 默认是false,用户线程默认都是false
        t1.start();

        new Thread(you).start();// 你 用户线程启动
    }
}

// 上帝
class God implements Runnable {
    
    

    @Override
    public void run() {
    
    
        while (true) {
    
    
            System.out.println("上帝守护着你");
        }
    }
}

// 你
class You implements Runnable {
    
    

    @Override
    public void run() {
    
    
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
    
    
            System.out.println("开心的活着");
        }
        System.out.println("===GoodBye World===");
    }
}

运行结果:

线程同步机制

并发:同一个对象被多个线程同时操作

处理多线程问题时，多个线程访问同一个对象，并且某些线程还想修改这个对象。这时候我们就需要线程同步，线程同步实际上是一种等待机制，多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列，等待前面线程使用完毕，下一个线程再去使用。

线程同步的形成条件：队列+锁

由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时,也带来了访问冲突问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性,在访问时加入锁机制synchronized ,当一个线程获得对象的排它锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可.存在以下问题:

• 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起。
• 在多线程的竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题。
• 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁，会导致优先级倒置，引起性能问题。

三大不安全案例

不安全的买票：

package Multithreading.syn;

// 不安全的买票
public class UnsafeBuyTicket {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();

        new Thread(buyTicket, "小明: ").start();
        new Thread(buyTicket, "小绿: ").start();
        new Thread(buyTicket, "小梅: ").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {
    
    
    private int ticketNumbers = 10;// 票
    boolean flag = true;// 外部停止方式

    @Override
    public void run() {
    
    
        // 买票
        while (flag) {
    
    
            try {
    
    
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private void buy() throws InterruptedException {
    
    
        // 判断是否有票
        if (ticketNumbers <= 0) {
    
    
            flag = false;
            return;
        }
        // 模拟延时
        Thread.sleep(1000);
        // 买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到了 " + ticketNumbers-- + " 这张票");
    }
}

运行结果：

不安全的取钱

package Multithreading.syn;

// 不安全的取钱
// 两个人去银行取钱
public class UnsafeBank {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Account account = new Account(1000, "基金");

        new Bank(account, 500, "boyfriend").start();
        new Bank(account, 1000, "girlfriend").start();


    }
}

// 账户
class Account {
    
    
    int money;
    String name;

    public Account(int money, String name) {
    
    
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}

// 银行:模拟取款
class Bank extends Thread {
    
    
    Account account;// 账户
    int drawingMoney;// 取了多少钱
    int nowMoney;// 手里的钱

    public Bank(Account account, int drawingMoney, String name) {
    
    
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;
    }

    @Override
    public void run() {
    
    
        // 判断有没有钱
        if (account.money - drawingMoney < 0) {
    
    
            System.out.println(this.getName() + "余额不足!");
            return;
        }

        // sleep可以放大问题的发生性.
        try {
    
    
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }

        // 账户余额等于=余额-取的钱
        account.money = account.money - drawingMoney;
        // 你手里的钱
        nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
        System.out.println(account.name + "余额为: " + account.money);
        System.out.println(this.getName() + "手里的钱: " + nowMoney);
    }
}

运行结果：

不安全的集合

package Multithreading.syn;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 线程不安全的集合
public class unSafeList {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    
    
            new Thread(() -> {
    
    
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

运行结果：

同步方法和同步块

由于我们可以通过private关键字来保证数据对象只能被方法访问﹐所以我们只需要针对方法提出一套机制,这套机制就是synchronized关键字，它包括两种用法︰synchronized方法和synchronized块.

同步方法

public synchronized void method(int args){}
synchronized方法控制对“对象”的访问,每个对象对应一把锁,每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行﹐否则线程会阻塞，方法一旦执行﹐就独占该锁，直到该方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行.

缺陷: 将一个大的方法声明为synchronized将会影响效率.

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同步块

synchronized (Obj){}
方法里面需要修改的内容才需要锁，锁的太多，浪费资源。这时候就可以对方法里面需要修改的代码设置为同步块.

Obj称之为 同步监视器,锁的对象是变化的量,需要增删改的对象.

• Obj可以是任何对象,但是推荐使用共享资源作为同步监视器.
• 同步方法中无需指定同步监视器,因为同步方法的同步监视器就是this,就是这个对象本身,或者是class

同步监视器的执行过程

• 第一个线程访问,锁定同步监视器,执行其中代码.
• 第二个线程访问,发现同步监视器被锁定,无法访问.
• 第一个线程访问完毕,解锁同步监视器.
• 第二个线程访问,发现同步监视器没有锁,然后锁定并访问.

示例:

安全的买票:

package Multithreading.syn;

// 不安全的买票
public class UnsafeBuyTicket {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        BuyTicket buyTicket = new BuyTicket();

        new Thread(buyTicket, "阿基米德: ").start();
        new Thread(buyTicket, "钱学森: ").start();
        new Thread(buyTicket, "列夫托尔斯泰: ").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable {
    
    
    private int ticketNumbers = 10;// 票
    boolean flag = true;// 外部停止方式

    @Override
    public void run() {
    
    
        // 买票
        while (flag) {
    
    
            try {
    
    
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    // synchronized 锁的this
    private synchronized void buy() throws InterruptedException {
    
    
        // 判断是否有票
        if (ticketNumbers <= 0) {
    
    
            flag = false;
            return;
        }


        // 买票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到了 " + ticketNumbers-- + " 这张票");
    }
}

安全的取钱

package Multithreading.syn;

// 不安全的取钱
// 两个人去银行取钱
public class UnsafeBank {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Account account = new Account(1000, "基金");

        new Bank(account, 500, "boyfriend").start();
        new Bank(account, 1000, "girlfriend").start();


    }
}

// 账户
class Account {
    
    
    int money;
    String name;

    public Account(int money, String name) {
    
    
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}

// 银行:模拟取款
class Bank extends Thread {
    
    
    Account account;// 账户
    int drawingMoney;// 取了多少钱
    int nowMoney;// 手里的钱

    public Bank(Account account, int drawingMoney, String name) {
    
    
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;
    }

    @Override
    public synchronized void run() {
    
    
    // synchronized 锁的是obj(account)
        synchronized (account) {
    
    
            // 判断有没有钱
            if (account.money - drawingMoney < 0) {
    
    
                System.out.println(this.getName() + "余额不足!");
                return;
            }

            // sleep可以放大问题的发生性.
            try {
    
    
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }

            // 账户余额等于=余额-取的钱
            account.money = account.money - drawingMoney;
            // 你手里的钱
            nowMoney = nowMoney + drawingMoney;
            System.out.println(account.name + "余额为: " + account.money);
            System.out.println(this.getName() + "手里的钱: " + nowMoney);
        }
    }
}

安全的集合:

package Multithreading.syn;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 线程不安全的集合
public class unSafeList {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    
    
            new Thread(() -> {
    
    
                synchronized (list) {
    
    
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
        }

        Thread.sleep(100);
        System.out.println(list.size());
    }

    public synchronized void method(int args) {
    
    
    }
}

补充

安全的集合类
java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList
示例:

package Multithreading.syn;

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class TestJUC {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    
    
            new Thread(() -> {
    
    
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }

        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(list.size());
    }
}

运行结果: