多线程--同步与锁
同步与锁
上一篇中，笔者介绍了Java多线程的基础知识，主要讲解了进程/线程的区别、Java多线程的创建、Java多线程的使用，以及Java多线程的生命周期。
对于多线程，笔者想强调一点的是，多线程的使用并不是为了提高程序的运行速度，而是为了提高程序的运行效率，让CPU的使用率更高，让资源得到更合理的安排。
如果你对上述的知识点，还不了解，那笔者建议还是先从多线程--基础入手，再来学习本篇文章。
今天，我们来继续学习Java多线程的内容---同步与锁。
线程安全
多线程的使用，让CPU得到了更充分的释放，让程序有了更高的执行效率，说直白点这叫释放天性。但是，多线程在使用的同时，也带来了一些烦恼和麻烦。俗话说的好，世界上任何事物都包含有利的一面和不利的一面，事物的两面性。
对于多线程来说，也遵循同样的道理，而不好的一面就是安全问题。
（1）什么是线程的安全问题？
（2）什么情况下会导致线程的安全问题？
解决问题之前，我们需要知道上面两个问题的答案。
问题一：
一个线程从开始执行到执行结束的过程，如果在执行过程中有一个对象的变量被其他线程锁修改，那么对于当前线程来说，就发生了线程安全问题。如果每次运行结果和单线程运行的结果不一致，那么就会产生线程安全问题。 问题二：
运行多线程环境；
多线程中存在共享变量；
多线程中操作共享变量，主要操作行为--写操作；我们都知道，CPU在任何一个时间点上都只会操作一个线程，我们感受到多个程序同时执行的情况，只不过是CPU模拟出来的结果，由于CPU处理的速度很快，在一秒中内CPU可以执行很多指令，处理很多线程，所以我们误认为是CPU在同时执行。
当一个线程在被执行时，不巧的是CPU在切换时，把执行权切换到了另一条线程上，处理了另外一个线程的请求，而另外的线程对共享数据做了改变。当CPU再次切换回原有的线程上时，共享的数据已被改变，数据安全问题由此诞生。
我们举个简单例子，来验证：
//卖票的例子：
public class ThreadTest9 implements Runnable {
//可售总数量 100张：
private Integer count = 100;
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
while(true) {
//如果大于0，就进行卖票
if(count>0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在售票，剩余票数："+ count--);
continue;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"票源不足，此时可售票数为："+ count);
break;
}
}
public static void main(String[] agrs){
ThreadTest9 ticket = new ThreadTest9();
//开启4个窗口来卖票
new Thread(ticket,"窗口1").start();
new Thread(ticket,"窗口2").start();
new Thread(ticket,"窗口3").start();
new Thread(ticket,"窗口4").start();
}
}测试结果：
窗口3正在售票，剩余票数：100
窗口4正在售票，剩余票数：100
窗口2正在售票，剩余票数：100
窗口1正在售票，剩余票数：99
窗口2正在售票，剩余票数：98
。。。。。。。。。。。。。。。省略
窗口2正在售票，剩余票数：8
窗口3正在售票，剩余票数：7
窗口1正在售票，剩余票数：6
窗口4正在售票，剩余票数：7
窗口2正在售票，剩余票数：5
窗口4正在售票，剩余票数：4
窗口4正在售票，剩余票数：1
窗口4票源不足，此时可售票数为：0
窗口2正在售票，剩余票数：44
窗口3正在售票，剩余票数：98
窗口2票源不足，此时可售票数为：-1
窗口1正在售票，剩余票数：0
窗口1票源不足，此时可售票数为：-1
窗口3票源不足，此时可售票数为：-1在run()方法中，加入Thread.sleep(10)的主要目的是为了让四个线程都能得到执行。
通过测试结果，可以看到不同的窗口卖了相同的票，而在可售票源为0时，依旧有线程在做--操作。
如何解决线程的安全问题？
消除共享数据：在多线程中，不同线程间可共享的数据包括“成员变量、静态变量”，将这两种类型的变量转换为局部变量，那么线程安全问题自然就解决了。
建立副本：使用ThreadLocal为每一个线程建立一个变量的副本，将共享变量存入到ThreadLocal当中，这样以来实现每个线程间独立操作，算是上面解决方案的一种升华。
使用同步：在线程执行逻辑中，给读写共享变量的操作同时加锁处理，使得同一时刻只有一个线程可以操作访问共享数据。下面，就主要来讲解下加锁处理线程安全！！！
解决线程的安全问题，主要是通过加锁来处理，加锁的目的就是为了保证一个线程在操作共享变量时，如果没执行完，那其他线程不能执行。简单点说就是一个线程在执行，其他线程给我等着，我不执行完，你们靠边呆着去。
在Java中，主要有三种方式来进行加锁，以来保证线程的安全：
同步方法：在类中的方法上加synchronized修饰符；
public synchronized void test(){
//代码逻辑
} 同步方法中的锁是：this，即调用者本身；
静态同步方法: 在类中的静态方法上加synchronized
public static synchronized void test(){
//代码逻辑
}静态同步方法中的锁是：类名.class，即Class对象；
同步代码块：在需要同步的代码上写一个synchronized(Object obj){}代码块；
synchronized(Object o){
//代码逻辑
} 同步代码块中的锁是：任意对象；
接下来，我们通过加锁的方式，再进行卖票：
//卖票的例子：
public class ThreadTest9 implements Runnable {
//可售总数量 100张：
private Integer count = 100;
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
while(true) {
//如果大于0，就进行卖票
if(count>0) {
synchronized (this) {
if(count>0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在售票，剩余票数：" + count--);
continue;
}
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"票源不足，此时可售票数为："+ count);
break;
}
}
public static void main(String[] agrs){
ThreadTest9 ticket = new ThreadTest9();
new Thread(ticket,"窗口1").start();
new Thread(ticket,"窗口2").start();
new Thread(ticket,"窗口3").start();
new Thread(ticket,"窗口4").start();
}
}测试结果：
窗口2正在售票，剩余票数：100
窗口2正在售票，剩余票数：99
窗口1正在售票，剩余票数：98
窗口1正在售票，剩余票数：97
窗口3正在售票，剩余票数：96
窗口4正在售票，剩余票数：95
。。。。。。。。。。。。。。省略
窗口2正在售票，剩余票数：4
窗口2正在售票，剩余票数：3
窗口1正在售票，剩余票数：2
窗口4正在售票，剩余票数：1
窗口4票源不足，此时可售票数为：0
窗口1票源不足，此时可售票数为：0
窗口3票源不足，此时可售票数为：0
窗口2票源不足，此时可售票数为：0synchronized的使用，解决了线程的安全问题，但是随着而来的是程序性能的下降。正所谓，事物的两面性。
单例设计模式
本文的最高，我们来说下面试中常见的一个问题：写一个性能安全的单例。
不安全的单例：
public class ThreadTest10 {
private static ThreadTest10 single;
private ThreadTest10(){}
//懒汉：
public static ThreadTest10 getInstance(){
if(single==null){
single = new ThreadTest10();
}
return single;
}
}安全的单例：
//无锁版：
public class ThreadTest11 {
private static ThreadTest11 single = new ThreadTest11();
private ThreadTest11(){}
public static ThreadTest11 getInstance(){
return single;
}
}
//加锁版：
public class ThreadTest13 {
//创建一把锁
private static Object obj = new Object();
private static ThreadTest13 threadTest13;
private ThreadTest13(){}
public static ThreadTest13 getInstance(){
if(threadTest13==null){
synchronized (obj){
//双判断：
if(threadTest13==null){
threadTest13 = new ThreadTest13();
}
}
}
return threadTest13;
}
}