關於java中線程安全問題詳解

Posted on by

一、什麼時候數據在多線程並發的環境下會存在安全問題？

三個條件：

  • 條件1：多線程並發。
  • 條件2：有共享數據。
  • 條件3：共享數據有修改的行為。

滿足以上3個條件之後，就會存在線程安全問題。

二、怎麼解決線程安全問題？

        線程排隊執行。（不能並發）。用排隊執行解決線程安全問題。這種機制被稱為：線程同步機制。

三、銀行 取錢/存錢 案例

Account 類

package ThreadSafa;
 
/*
銀行賬戶
 */
 
public class Account {
    // 賬號
    private String actno;
    // 餘額
    private double balance;
 
    public Account() {
    }
 
    public Account(String actno, double balance) {
        this.actno = actno;
        this.balance = balance;
    }
 
    public String getActno() {
        return actno;
    }
 
    public void setActno(String actno) {
        this.actno = actno;
    }
 
    public double getBalance() {
        return balance;
    }
 
    public void setBalance(double balance) {
        this.balance = balance;
    }
 
    //取款方法
    public void withdraw(double money) {
        // 取款之前的餘額
        double before = this.getBalance();
        // 取款之後的餘額
        double after = before - money;
        // 更新餘額
        try {
            //模擬網絡延時 更新餘額不及時 百分百會出問題
            Thread.sleep(1 * 1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.setBalance(after);
    }
}

AccountThread 類

package ThreadSafa;
 
public class AccountThread extends Thread {
    // 兩個線程必須共享同一個賬戶對象。
    private Account act;
 
    //通過構造方法傳遞過來賬戶對象
 
 
    public AccountThread(Account act) {
        this.act = act;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        double money = 5000;
        //取款
        act.withdraw(5000);
 
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "賬戶" + act.getActno() + "取款成功，餘額" + act.getBalance());
    }
}

Test 類

package ThreadSafa;
 
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 創建賬戶對象
        Account act = new Account("act-001", 10000);
        //創建兩個線程
        Thread t1 = new AccountThread(act);
        Thread t2 = new AccountThread(act);
        //設置name
        t1.setName("t1");
        t2.setName("t2");
        //啟動線程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

 運行問題

 解決方法  修改 Account 類  中的 withdraw 方法

package ThreadSafa;
 
/*
銀行賬戶
 */
 
public class Account {
    // 賬號
    private String actno;
    // 餘額
    private double balance;
 
    public Account() {
    }
 
    public Account(String actno, double balance) {
        this.actno = actno;
        this.balance = balance;
    }
 
    public String getActno() {
        return actno;
    }
 
    public void setActno(String actno) {
        this.actno = actno;
    }
 
    public double getBalance() {
        return balance;
    }
 
    public void setBalance(double balance) {
        this.balance = balance;
    }
 
    //取款方法
    public void withdraw(double money) {
        // 以下這幾行代碼必須是線程排隊的，不能並發
        // 一個線程把這裡的代碼全部執行結束之後，另外一個線程才能進來
 
        /*
        線程同步機制的語法是：
            synchronized (){
                // 線程同步代碼塊
            }
            synchronized後面小括號中的這個“數據”是相當關鍵的。
            這個數據必須是多線程共享的數據。才能達到多線程排隊
            ()中寫什麼？
                那要看你想讓那些線程同步。
                假設t1、t2、t3、t4、t5，有5個線程，
                你隻希望t1 t2 t3排隊，t4 t5 不需要排隊。怎麼辦？
                你一定要在()中寫一個t1 t2 t3共享的對象。而這個
                對象對於t4 t5來說不是共享的。
             這裡的共享對象是：賬戶對象
             賬戶對象是共享的，那麼this就是賬戶對象吧！！！
             不一定是 this ，這裡隻要是多線程共享的那個對象就行。
         */
 
        synchronized (this) {
            // 取款之前的餘額
            double before = this.getBalance();
            // 取款之後的餘額
            double after = before - money;
            // 更新餘額
            try {
                //模擬網絡延時 更新餘額不及時 百分百會出問題
                Thread.sleep(1 * 1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            this.setBalance(after);
        }
    }
}

為什麼會出現線程安全問題

計算機系統資源分配的單位為進程，同一個進程中允許多個線程並發執行，並且多個線程會共享進程范圍內的資源：例如內存地址。當多個線程並發訪問同一個內存地址並且內存地址保存的值是可變的時候可能會發生線程安全問題，因此需要內存數據共享機制來保證線程安全問題。

對應到java服務來說，在虛擬中的共享內存地址是java的堆內存,比如以下程序中線程安全問題：

public class ThreadUnsafeDemo {

    private static final ExecutorService EXECUTOR_SERVICE;

    static {
        EXECUTOR_SERVICE = new ThreadPoolExecutor(100, 100, 1000 * 10,
                TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(100), new ThreadFactory() {

            private AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(1);

            @Override
            public Thread newThread(Runnable r) {
                return new Thread(r, "Thread-Safe-Thread-" + atomicLong.getAndIncrement());
            }
        });
    }


    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Map<String, Integer> params = new HashMap<>();

        List<Future> futureList = new ArrayList<>(100);
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            futureList.add(EXECUTOR_SERVICE.submit(new CacheOpTask(params)));
        }

        for (Future future : futureList) {
            System.out.println("Future result:" + future.get());
        }

        System.out.println(params);
    }

    private static class CacheOpTask implements Callable<Integer> {

        private Map<String, Integer> params;

        CacheOpTask(Map<String, Integer> params) {
            this.params = params;
        }

        @Override
        public Integer call() {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                int count = params.getOrDefault("count", 0);
                params.put("count", ++count);
            }
            return params.get("count");
        }

    }
}

創建100個task，每個task對map中的元素累加100此，程序執行結果為：

{count=9846}

而預期的正確結果為：

{count=10000}

至於出現這種問題的原因，下面會具體分析。

判斷是否有線程安全性的一個原則是：

是否有多線程訪問可變的共享變量

四、總結

  • 一個對象一把鎖
  • 線程拿到鎖才能執行同步代碼塊代碼

到此這篇關於java中線程安全問題的文章就介紹到這瞭,更多相關ava線程安全問題內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

推薦閱讀：