Java 线程安全与锁

article/2025/10/20 18:49:26

多线程内存模型

线程私有栈内存
- 每个线程私有的内存区域
进程公有堆内存
- 同一个进程共有的内存区域

为什么会有线程安全问题？

多个线程同时具有对同一资源的操作权限，又发生了同时对该资源进行读取、写入的情况，那么就会出现重复操作的情况

如何解决线程安全问题呢？加锁

什么是锁？

锁就是对于操作资源的一种权限

锁可以做什么？

对于一个资源加锁后，每次只能有一个线程对该资源进行操作，当该线程操作结束后，才会解锁。

解锁之后，所有的线程获得竞争此资源的机会。

什么情况下需要加锁?

读读不需要加锁
写写需要加锁
读写需要加锁

加锁的两种方式（synchronized关键字与Lock对象）

第一种：synchronized关键字

方法前加synchronized关键字
- 功能：线程进入用synchronized声明的方法时就上锁，方法执行完自动解锁，锁的是当前类的对象
- 调用synchronized声明的方法一定是排队运行的
- 当A线程调用object对象的synchronized声明的X方法时
  - B线程可以调用其他非synchronized声明的方法
  - B线程不能调用其他synchronized声明的非X方法
synchronized锁重入
- 锁重入的概念：自己可以重复获得自己的内部锁。即synchronized声明的方法，可以调用本对象的其他synchronized方法。
- 锁重入支持继承的环境，即子类的synchronized方法也可以调用父类的synchronized方法。
synchronized同步代码块
- synchronized关键字与synchronized代码块的区别
  - synchronized声明的方法是将当前对象作为锁
  - synchronized代码块是将任意对象作为锁
- 当两个线程访问同一个对象的synchronized代码块时，只有一个线程可以得到执行，另一个线程只能等待当前线程执行完才能执行。
  - 一半同步，一半异步
    - 不在synchronized代码块中就是异步执行，在synchronized代码块中就是同步执行

下面对“一半同步，一半异步”进行代码验证

创建项目ltl0002 ,文件Task的代码如下：

package ltl0002;public class Task {public void doTask(){for (int i = 0; i < 100; i++) {System.out.println("no synchronized ThreadName = " + Thread.currentThread().getName() + " i = " + (i+1));}synchronized (this){for (int i = 0; i < 100; i++) {System.out.println("synchronized ThreadName = " + Thread.currentThread().getName() + " i = " + (i+1));}}}
}

两个线程类代码

package ltl0002;public class MyThread1 implements Runnable{private Task task = new Task();public MyThread1(Task task){this.task = task;}@Overridepublic void run() {task.doTask();}
}

package ltl0002;public class MyThread2 implements Runnable{private Task task = new Task();public MyThread2(Task task){this.task = task;}@Overridepublic void run() {task.doTask();}
}

文件Run.java代码如下：

package ltl0002;public class Run {public static void main(String[] args) {Task task = new Task();MyThread1 myThread1 = new MyThread1(task);MyThread2 myThread2 = new MyThread2(task);Thread tr1 = new Thread(myThread1);Thread tr2 = new Thread(myThread2);tr1.start();tr2.start();}}

程序运行结果如图所示

进入synchronized代码块之后，排队运行，运行结果如图所示

在第一张图我们可以看到，线程0 和 1交叉输出，说明是异步进行，而在第二张图可以看出线程0运行完之后，线程1才运行，说明它们是同步运行，验证完毕。

现有三个线程，线程一对num进行修改，线程二三对num进行读取，如何可以实现，线程一与线程二三同步执行，而线程二三异步执行呢？

现在创建项目ltl0003进行测试，Number文件代码如下

package ltl0003;
/*** @author liTianLu* @Date 2022/4/23 15:53* @purpose 成员变量有int num,以及get set方法*/
public class Number {private int num;private boolean change = false;public int getNum() {return num;}public void setNum(int num) {this.num = num;}public boolean isChangeing(){return change;}public void setChange(boolean change) {this.change = change;}
}

两个线程类的代码如下：

package ltl0003;
/*** @author liTianLu* @Date 2022/4/23 15:36* @purpose 更改num的值*/
public class MyThread01 implements Runnable{static int num = 0;Number number;public MyThread01(Number num ){this.number = num ;}@Overridepublic void run() {synchronized (this){number.setChange(true);for (int i = 0; i < 10000; i++) {number.setNum(num++);}number.setChange(false);}}
}

package ltl0003;import static java.lang.Thread.sleep;
/*** @author liTianLu* @Date 2022/4/23 15:35* @purpose 读取num的值*/
public class MyThread02 implements Runnable{Number number;public MyThread02(Number num ){this.number = num ;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 1000 ; i++) {//如果number正在更改,就休眠1mswhile(number.isChangeing()){try {sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"的输出为： num = " + number.getNum());}}}

主函数文件Run代码如下：

package ltl0003;
/*** @author liTianLu* @Date 2022/4/23 15:15* @purpose 解决锁问题 线程一对num进行修改，线程二三对num进行读取，此代码要实现：线程一与线程二三同步执行，而线程二三异步执行。*/
public class Run {public static void main(String[] args) {Number number = new Number();number.setNum(0);MyThread01 myThread01 = new MyThread01(number);MyThread02 myThread02 = new MyThread02(number);Thread tr1 = new Thread(myThread01);Thread tr2 = new Thread(myThread02);Thread tr3 = new Thread(myThread02);tr1.start();tr2.start();tr3.start();}
}

实验结果如图所示

我们发现，线程2/3执行的时候，线程1已经执行完毕，且线程2、3异步进行。

第二种：Lock对象的使用

ReentrantLock类可以达到与synchronized同样的效果。
用法：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock (); 
lock.lock();//加锁
lock.unlock();//解锁//使用try catch finally 可以确保finally 中的代码执行，在finally中解锁
try{while(true){lock.lock ();//操作代码}
}catch (Exception e) {e.printStackTrace();
}finally {lock.unlock ();
}