Java多线程编程中的并发安全问题及解决方法

目录

• 线程安全性
• 死锁
• 定义
• 实现一个死锁
• 查看死锁
• 解决死锁
• 其他线程安全问题
• 单例模式

线程安全性

线程安全是指我们所写的代码在并发情况下使用时，总是能表现出正确的行为；反之，未实现线程安全的代码，表现的行为是不可预知的，有可能正确，

实现线程安全的方式：

线程封闭

就是把对象封装到一个线程里，只有这一个线程能看到此对象。实现线程封闭的方式如下：

栈封闭

这里是指每个线程自己的线程栈，方法的局部变量就是在线程栈中的，对于其他线程是不可见的

ThreadLocal

各个线程Thread对象维护了一份Map，对于其他线程是不可见的

无状态的类

没有任何成员变量的类，就叫无状态的类，这种类一定是线程安全的。

让类不可变

没有成员变量的类毕竟是少数，我们还可以让类的成员变量不可变，给他们加上final关键字

如果成员变量是一个对象，final不能保证类的安全性，因为虽然对象的引用不会变，但是在堆上的对象实例可能被多个线程同时修改，没有正确处理的情况下，对象实例在堆中的数据是不可预知的。

加锁或CAS

synchronized、显示锁Look、原子Atomic操作、CAS机制等等

死锁

定义

是指两个或两个以上的进程在执行过程中，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。

• 死锁是必然发生在多操作者（M>=2 个）争夺多个资源（N>=2 个，且 N<=M） 才会发生这种情况。
• 争夺资源的顺序不对，如果争夺资源的顺序是一样的，也不会产生死锁；
• 争夺者对拿到的资源不放手，也不能被掠夺。

学术化的定js义。死锁的发生必须具备以下四个必要条件。

• 互斥条件：指进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待， 直至占有资源的进程用毕释放。
• 请求和保持条件：指进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。
• 不剥夺条件：指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。
• 环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个进程——资源的环形链， 即进程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的 P0 正在等待一个 P1 占用的资源；P1 正在等待 P2 占用的资源，&hellip编程客栈;…，Pn 正在等待已被 P0 占用的资源。

只要打破四个必要条件之一就能有效预防死锁的发生。

• 打破互斥条件：改造独占性资源为虚拟资源，大部分资源已无法改造。
• 打破不可抢占条件：当一进程占有一独占性资源后又申请一独占性资源而无 法满足，则退出原占有的资源。
• 打破占有且申请条件：采用资源预先分配策略，即进程运行前申请全部资源， 满足则运行，不然就等待，这样就不会占有且申请。
• 打破循环等待条件：实现资源有序分配策略，对所有设备实现分类编号，所有进程只能采用按序号递增的形式申请资源。

避免死锁常见的算法有有序资源分配法、银行家算法。

实现一个死锁

/**
 * @Description: 实现一个简单的死锁程序
 */
public class DeadLookTest {
    private static Object o1 = new Object();
    private static Object o2 = new Object();
    public void fastLock() throws InterruptedException {
        synchronized(o1){
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println("fast");
            sy开发者_C开发nchronized (o2){
                System.out.println("----");
            }
        }
    }
    public void postLock() throws InterruptedException {
        synchronized(o2){
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println("post");
            synchronized (o1){
                System.out.println("----");
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        DeadLookTest deadlook = new DeadLookTest();
        // 新开一个线程去调用其中一个方法
        new Thread(() -> {
            try {
                deadlook.postLock();
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        }).start();
        deadlook.fastLock();
   编程客栈 }
}

查看死锁

使用jstack命令查看死锁结果

C:\Users\Administrator>jps

4784 DeadLookTest

9808 RemoteMavenServer36

2052 Launcher

2692 Jps

8572

C:\Users\Administrator>jstack 4784

......

Found one Java-level deadlock:

=============================

"Thread-0":

  waiting to lock monitor 0x0000025d5a58fd88 (object 0x0000000716edb910, a java.lang.Object),

  which is held by "main"

"main":

  waiting to lock monitor 0x0000025d5a58e998 (object 0x0000000716edb920, a java.lang.Object),

  which is held by "Thread-0"

Java stack information for the threads listed above:

===================================================

"Thread-0":

        at cn.tulingxueyuan.safe.dl.DeadLookTest.postLock(DeadLookTest.java:30)

        - waiting to lock <0x0000000716edb910> (a java.lang.Object)

        - locked <0x0000000716edb920> (a java.lang.Object)

        at cn.tulingxueyuan.safe.dl.DeadLookTest.lambda$main$0(DeadLookTest.java:39)

        at cn.tulingxueyuan.safe.dl.DeadLookTest$$Lambda$1/2003749087.run(Unknown Source)

        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

"main":

        at cn.tulingxueyuan.safe.dl.DeadLookTest.fastLock(DeadLookTest.java:20)

        - waiting to lock <0x0000000716edb920> (a java.lang.Object)

        - locked <0x0000000716edb910> (a java.lang.Object)

        at cn.tulingxueyuan.safe.dl.DeadLookTest.main(DeadLookTest.java:43)

Found 1 deadlock.

解决死锁

我们现在通过上面的命令找到了产生死锁的位置，那么如何取解决死锁嘞？我们知道产生死锁的原因如下：

• 死锁是必然发生在多操作者（M>=2 个）争夺多个资源（N>=2 个，且 N<=M） 才会发生这种情况。
• 争夺资源的顺序不对，如果争夺资源的顺序是一样的，也不会产生死锁；
• 争夺者对拿到的资源不放手，也不能被掠夺。

第一个条件一般都是业务必须要，那么打破死锁就要从下面的两个条件去解决

• 保证争夺锁资源的顺序一样。

在实际的开发中可能会存在比较隐蔽的加锁顺序，比如锁对象作为方法参数传递，如下所示

private static void businessDo(Object first,Object second) throws InterruptedExceptjsion {
    String threadName = Thread.currentThread().getName();
    synchronized (first){
        System.out.println(threadName + " get first");
        Thread.sleep(1000);
        synchronized (second){
            System.out.println(threadName + " get second");
        }
    }
}
// 然后两个线程，在调用的时候传递的参数顺序却不一样
businessDo(No1,No2);
businessDo(No2,No1);

解决上面这种问题的方式是：在加锁前，在方法中做一个内部的排序

public class SafeOperate {
    private static Object No13 = new Object();//第一个锁
    private static Object No14 = new Object();//第二个锁
    private static Object tieLock = new Object();//第三把锁
    public void transfer(Object first,Object second) throws InterruptedException {
        int firstHash = System.identityHashCode(first);
        int secondHash = System.identityHashCode(second);
        if(firstHash<secondHash){
            synchronized (first){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" get "+first);
                Thread.sleep(100);
                synchronized (second){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" get "+second);
                }
            }
        }else if(secondHash<firstHash){
            synchronized (second){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" get"+second);
                Thread.sleep(100);
                synchronized (first){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" get"+first);
                }
            }
        }else{
            // 万一两个对象的hash值一样，那么就引入第三把锁，谁先抢到第三把锁就去进行前两两把锁的加锁
            synchronized (tieLock){
                synchronized (first){
                    synchronized (second){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" get"+first);
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" get"+second);
                    }
                }
            }
        }
    }
}

对拿到的锁资源尝试释放

这种方式对于synchronized是不适用的，因为它不拿到锁誓不罢休。使用ReentrantLock，使用其中的tryLock(long time, TimeUnit unit)方法，在指定的时间中如果还没有拿到锁就去进行释放的逻辑

大致是实现逻辑如下所示

while(true){
    if(No13.tryLock()){
        System.out.println(threadName +" get 13");
        // 如果没有拿到No14的锁，那么No13的锁也释放
        try{
            if(No14.tryLock()){
                try{
                    System.out.println(threadName  +" get 14");
                    System.out.println("zhouYuDo do work------------");
                    break;
                }finally{
                    No14.unlock();
                }
            }
        }finally {
            No13.unlock();
        }
    }
    // 如果不加休眠机制，那么就比较容易产生活锁
    Thread.sleep(1000);
}

其他线程安全问题

活锁

两个线程在尝试拿锁的机制中，发生多个线程之间互相谦让，不断发生同一个线程总是拿到同一把锁，在尝试拿另一把锁时因为拿不到，而将本来已经持有的锁释放的过程。

解决办法：每个线程休眠随机数，错开拿锁的时间。

线程饥饿

低优先级的线程，总是拿不到执行时间

单例模式

• DCL双重检测机制
• volatile关键字禁止指令重排

publ编程客栈ic class HungrySingleton {
    //创建 SingletonHungry 的一个对象
    private static volatile HungrySingleton instance;
    // 让构方法私有，这样该类就不会被其它类实例化
    private HungrySingleton() {
    }
    //获取唯一可用的对象
    public static HungrySingleton getInstance() {
        if(null == instance) { 
            synchronized{
                if(null == instance) { 
                    instance = new LazySingleton();
                }
            }
        }
    	return instance;
    }
}

到此这篇关于Java多线程编程中的并发安全问题及解决方法的文章就介绍到这了,更多相关Java多线程并发安全内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！