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每日三道面试题,通往自由的道路9——多线程

作者:互联网

> 茫茫人海千千万万,感谢这一秒你看到这里。希望我的面试题系列能对你的有所帮助!共勉! > > 愿你在未来的日子,保持热爱,奔赴山海! # 每日三道面试题,成就更好自我 > 今天我们继续聊聊多线程的话题吧! ## 1. 你知道线程安全问题吗? 线程安全问题:一般指在多线程模式下,多个线程对同一个共享数据进行操作时,第一个线程还没来得及更新共享数据,从而导致另外一个线程没得到最新的数据,并更新数据,从而产生线程安全问题。比较常见的场景有买票。 我举个例子吧: 需求:比如买周杰伦演唱会的门票,此时有三个窗口同时卖总共100张票。窗口就是线程对象,而100张票的资源,此时就相当于多个线程去抢占cpu的资源去抢对票的使用权。 ![](https://www.icode9.com/i/ll/?i=img_convert/e86a84a7dcb9d97ecbeee311b2dbf766.png) 嘿嘿,这是在大学时期和MyGirl去看滴,现在想去看也没办法了。话不多说,我们还是来看看代码吧: ```java public class SellTicketDemo { public static void main(String[] args) { // 创建线程任务对象 Ticket ticket = new Ticket(); //创建三个窗口对象 Thread thread = new Thread(ticket, "窗口1"); Thread thread2 = new Thread(ticket, "窗口2"); Thread thread3 = new Thread(ticket, "窗口3"); //同时卖票 thread.start(); thread2.start(); thread3.start(); } } // 创建Ticket实现Runnale class Ticket implements Runnable { private int ticket = 100; // 100张周杰伦演唱会门票 // 执行买票的逻辑 @Override public void run() { // 注意每个窗口都有卖票的权利 while (true) { if (ticket > 0) { // 有票 可以卖 // 出票: 因为进来买票,总有出票,总会慢慢没票的吧 try { // 这里采用sleep稍微等待下,模拟一下出票时间 。 Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 获取当前线程对象的名字 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖:" + ticket--); } } } } ``` 这里讲下: 我们创建了Ticket实现Runnable接口,并重写里面的run方法实现买票的功能,并定义了一个共享的变量。并在main方法中创建了三个线程去实现三个窗口买票的功能。最后我们来看看结果吧: 在你多运行几次,可以看到这样的现象: ![](https://www.icode9.com/i/ll/?i=img_convert/d79e6ee7e99cef5d010f8f5f235ca2e6.png) ![](https://www.icode9.com/i/ll/?i=img_convert/3339f2551b6dbca9028397582ec61c39.png) 1. 卖出了不存在的票,比如0票与-1票,是不存在滴。而且这种情况根本不允许发生呀,谁会卖0张甚至-1张票呢。 2. 出现多卖相同的票数,比如8和1这张票被卖了三回。那这就很过分了呦,一张票还可以卖三个人哈哈。 这些问题的发生就代表我们刚才是线程不安全的了。那线程安全问题具体是什么呢?我们可以总结得到: 是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的;若有多个线程同时执行写操作,一般都需要考虑线程同步,否则的话就可能影响线程安全。 那可能发生线程安全问题的条件: 1. 是否多线程环境下,单线程情况去对数据操作,当然是没什么问题滴啦! 2. 是否存在共享变量,如上面的代码中,定义了一个全局变量ticket的演唱会门票,多个线程会共享这一变量。 3. 是否存在多条语句操作共享数据,如上面的代码中,你在卖出票后,ticket变量肯定需要减少滴呀,所以对ticket进行了减的操作了。 > 不错呀!那咱们继续来 ## 2. 那如何解决线程安全问题呢? 我们可以引入线程同步解决线程安全问题。在上面卖票问题中,多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题,Java中提供了同步机制(`synchronized`)来解决。 即具体的解决思路是这样的: 1. 窗口1线程进入买票的时候,窗口2和窗口3线程只能在外等着,此时是不能进行买票的操作的,只能等待窗口1买票完毕后,就进入到窗口1和窗口2和窗口3再次抢占cpu的资源去执行卖票功能。 2. 也就是说在某个线程修改共享资源的时候,其他线程不能修改该资源,等待修改完毕同步之后,才能去抢夺CPU资源,完成对应的操作,保证了数据的同步性,解决了线程不安全的现象。 而`synchronized` 关键字又给我们提供几种方法呢: 1. 实现同步代码块:`synchronized`关键字可以用于方法中的某个区块中,表示只对这个区块的资源实行互斥访问。 2. 实现同步方法:使用`synchronized`修饰的方法,就叫做同步方法,保证一个线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。 ```java public class SynchronizedDemo { // 加在方法上 实际是对this对象加锁 private synchronized void synchronizedTest() { } // 同步代码块,锁对象可以是任意的,可以使用this,或者类.class对象,或者任意对象都可以 private void synchronizedTest2(){ synchronized (this){ } } // 加在静态方法上 实际是对类对象加锁 private synchronized static void synchronizedTest3() { } } ``` 除了`synchronized` 关键字,还有`Lock` 锁,与此种方法需要自己定义锁的释放位置。 ```java Lock lock = new ReentrantLock(); lock.lock(); // 自己定义开启锁位置 try { System. out. println("我们获得了锁"); } catch (Exception e) { } finally { System. out. println("我们释放了锁"); lock.unlock();// 需要自己定义释放锁位置,不然会存在死锁问题。 } ``` 那我们总结下: 我们怎么保证安全问题: 1. 使用synchronized关键字,实现同步代码块或者同步方法。达到保证一个线程对资源操作的时候,其他线程只能等待。 2. 用手动锁 Lock,使用Lock锁出现的位置可以相对比较灵活,但是必须有释放锁的配合动作。 两者的区别: 1. synchronized 它是Java中的关键字,而Lock是一个类,它是个接口一般我们会使用ReentrantLock来创建实例对象。 2. synchronized 它可以修饰在类、方法、变量中,可以实现同步代码块,而ReentrantLock只适用于代码块锁。 3. synchronized 操作的应该是对象头中 mark word,而ReentrantLock 底层调用的是 Unsafe 的park 方法加锁。 4. ReentrantLock 必须手动获取与释放锁,而synchronized 不需要手动释放和开启锁。 5. 两者都是可重入锁。可重入锁就是**允许同一个线程多次获取同一把锁**,如果某个线程已经获得某个锁,自己可以再次获取锁而不会出现死锁。而如果是不可锁重入的话,就会造成死锁。 > 既然讲到死锁,那问你最后一道: ## 3. 那你讲下死锁是什么吧? 死锁是指两个或两个以上的进程(线程)在执行过程中,由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁,这些永远在互相等待的进程(线程)称为死锁进程(线程)。 举个例子:你和你女朋友吵架,你们开始互掐头发,你揪着她秀长的长发,而她揪着你寸头,你们俩疼痛不比,但是彼此都是暴脾气,彼此发狠的说你放不放,不放我也不放,看先疼死了!此时你们互相观望着对方,喊着誓不放手。现在就相当产生了死锁现象,互相等待。 ![](https://www.icode9.com/i/ll/?i=img_convert/7067481a56f89dfe13006f06ed87af86.png) 我们来简单演示下线程死锁的代码吧: ```java public class DeadlockDemo { public static void main(String[] args) { MyRunnable myRunnable = new MyRunnable(); new Thread(myRunnable, "看戏观众1看到").start(); new Thread(myRunnable, "看戏观众2看到").start(); } } class MyRunnable implements Runnable { Object me = new Object(); Object myGirl = new Object(); @Override public void run() { synchronized (me) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "me:我要掐死你!你放不放呀"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "me:你放手我就放手!"); synchronized (myGirl) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "me:你倒是快放手呀!你不疼吗?"); } } synchronized (myGirl) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "myGirl:老娘我才要掐死你!你还不放?你今晚谁地板吧!"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "myGirl:是你放手才对!"); synchronized (me) {// t1 , objB, 拿不到A锁,等待 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "myGirl:看来你今晚要睡地板啊"); } } } } ``` 先看看结果: ![](https://www.icode9.com/i/ll/?i=img_convert/2e98273543e00b291e7ca6f2f85c4270.png) 首先可以看到我们的进程还在运行状态,但是都不往下运行代码了,为什么呢,我们来分析来: 此时的状态是线程1在执行第二个synchronized (myGirl) 这个同步代码块里中,还在等待me放手的时候,此时线程2又进来了,执行了第一个synchronized (me)这一个同步代码块中,相当于把me这个锁锁住了。 而线程1此时想进入第二个synchronized (me)的时候,发现这个me的锁被人拿了就陷入等待状态,而线程2发现要进入到第一个synchronized (myGirl) 中,myGirl又被线程1拿住了,也陷入了等待状态。此时状态就是两个人在互相等待对方结束释放锁,陷入了无限等待的状态。 而产生死锁的必要条件有: 两个或两个以上的线程在执行过程中,因争夺资源而造成了互相等待的状态。 1. 互斥条件:线程对于所分配到的资源具有排它性,即一个资源只能被一个线程占用,直到被该线程(进程)释放。 2. 请求与保持条件:一个线程因请求被占用资源而发生阻塞时,对已获得的资源保持不放,即一个线程在已经有一个资源的资格后,又提出了新的资源请求。 3. 不剥夺条件:线程已获得的资源在末使用完之前不能被其他线程强行剥夺,只有自己使用完毕后才释放资源。 4. 循环等待条件:当发生死锁时,所等待的线程必定会形成一个资源的环形链(类似于死循环),造成永久阻塞。 > 小伙子不错嘛!今天就到这里,期待你明天的到来,希望能让我继续保持惊喜! 注: 如果文章有任何错误和建议,请各位大佬尽情留言!如果这篇文章对你也有所帮助,希望可爱亲切的您给个三连关注下,非常感谢啦! ![](https://www.icode9.com/i/ll/?i=img_convert/79f89a7d7541a5f8368bb197c69bca31.png)

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