多线程&JUC：解决线程安全问题——synchronized同步代码块、Lock锁

‍作者简介：一位大四、研0学生，正在努力准备大四暑假的实习
上期文章：多线程&JUC：线程的生命周期与安全问题
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希望文章对你们有所帮助

上一部分讲解了面试可能会问的线程的生命周期，并且演示了超卖问题来讲解多线程并发的安全问题，超卖问题这是一个经典例子，这里会解释一下解决的方法。
如果是想要解决集群下的线程安全问题，可以学习我在做Redis项目的时候的解决方法：
Redis：原理速成+项目实战——Redis实战8（基于Redis的分布式锁及优化）
Redis：原理速成+项目实战——Redis实战9（秒杀优化）

感兴趣还可以看看如何使用异步下单来实现秒杀，这些实现其实都跟线程的思想都是相关的：
Redis：原理速成+项目实战——Redis实战10（Redis消息队列实现异步秒杀）

超卖问题分析

在上一篇文章的demo中，发现了线程安全问题，不仅同样的票出现了多次，还出现了超出范围的票。
可以看关键的两条代码：

ticket++;
System.out.println("在卖第" + ticket + "张票");

由于CPU执行代码的过程中，其执行权随时会被其他的线程抢走，所以这样的代码会出现一些问题：假设线程1已经执行完了ticket++，还没来得及执行输出语句，线程2就参与了ticket++的操作，这时候就有可能出现输出同一张票的情况。而当ticket=99的时候，若三个线程同时进入if条件，这时候就很可能出现ticket>100的情况，也就是超卖现象。

同步代码块

由于上述的问题，我们可以想到一个方案，就是当有线程抢夺到CPU执行权的时候，将执行的代码全部锁起来，使得其他线程无法执行代码，这样就不会发生上面的问题。
将其锁起来，需要使用到关键字synchronized，格式如下：

synchronized(锁){
	//操作共享数据的代码
}

因此接下来需要编写一下这个锁对象，需要满足以下特点：

1、锁默认打开，有一个线程进去了，锁自动关闭
2、里面的代码全部执行完毕，线程出来，锁自动打开

这个锁对象，只要能保证是唯一的，那么锁对象可以非常随意的去定义，这种方式就叫作同步代码块，代码如下：

public class MyThread extends Thread {

    static int ticket = 0;

    //锁对象，一定要是唯一的，可以加static关键字
    static Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized (obj) {
                if(ticket < 100){
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    ticket++;
                    System.out.println(getName() + "正在卖第" + ticket + "张票！");
                }else{
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

同步代码块的两个小细节

1、synchronize这个关键字，我写到了while里面，这部分是不能写到while外面的，不然的话，就会出现100张票只被1个窗口卖光，显然是不符合现实场景的。

2、锁对象必须要是唯一的，学操作系统的时候就学过临界资源，意思其实是一样的，因此可以发现上面代码中的锁对象obj是加上了static关键字的。除了这种方法，其实更常见的方法是使用字节码对象，因为字节码对象是唯一的，因此上述的锁可以写成：

synchronized (MyThread.class){
	//...
}

同步方法

如果我们要将一个方法里面的所有方法都锁起来，那就没必要锁代码片段，而是锁住整个方法了。
同步方法，就是把synchronized关键字加到方法上，格式：

修饰符 synchronized 返回值类型 方法名(方法参数) {…}

同步方法有2个特点：

1、同步方法会锁住方法里面所有的代码
2、锁对象不能自己指定，而是java自己默认规定好的：
（1）非静态方法：this
（2）静态方法：当前类的字节码文件对象

3窗口卖100张票的问题也可以用同步方法来解决：

1、定义MyRunnable类，实现Runnable接口，而里面的ticket没必要再设置成静态的了，因为主程序中只会将MyRunnable类创建一次，作为一个参数传递到线程中。

public class MyRunnable implements Runnable{

    int ticket = 0;

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if (method()) break;
        }
    }

    //这里的锁对象为this，由于主程序中MyRunnable对象是唯一的，因此锁对象也是唯一的
    private synchronized boolean method() {
        if (ticket == 100){
            return true;
        }else{
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            ticket++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖第" + ticket + "张票");
        }
        return false;
    }
}

2、编写测试类代码：

	public static void main(String[] args) {
        MyRunnable mr = new MyRunnable();

        Thread t1 = new Thread(mr);
        Thread t2 = new Thread(mr);
        Thread t3 = new Thread(mr);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }

探讨StringBuffer与StringBuilder

我自己在使用字符串拼接的时候，很喜欢使用StringBuilder，而且也阅读过底层的源码，这是一种效率很高的方式，而如果打开api帮助文档，可以发现StringBuffer和StringBuilder几乎是一样的方法，完成的功能也是一样的，而java为什么要设置两个功能一样的类呢？

打开StringBuffer的底层源码，我们可以发现StringBuffer的所有方法都有带有synchronized关键字，即每个方法都是同步方法：

而StringBuilder底层是没有这个关键字的，因此StringBuffer在多线程下是安全的，满足了线程同步的特点。

当我们实现需求的时候，如果是多线程的，就使用StringBuffer，否则就使用StringBuilder（StringBuffer是会损耗一些时间的）。

Lock锁

synchronized的锁对象是自动开关的，而Lock锁可以时间手动的开关锁，Lock的实现提供比使用synchronized方法和语句可以获得更广泛的锁定操作。

Lock中提供了获得锁和释放锁的方法：

void lock()：获得锁
void unlock()：释放锁

Lock是接口，不能直接实例化，所以要采用它的实现类ReentrantLock来实例化，直接使用它的空参构造即可。

使用Lock锁，则MyRunnable类（若是MyThread类，由于会被创建多次，锁又必须要唯一，那么Lock前面就得加上static）应修改为：

public class MyRunnable implements Runnable{

    int ticket = 0;

    Lock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            lock.lock();
            if (ticket == 100){
                break;
            }else{
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                ticket++;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖第" + ticket + "张票");
            }
            lock.unlock();
        }
    }
}

这样写，线程安全问题确实不会发生，但是程序却没办法终止。
因为当我们的票数为100时，我们直接break跳出循环了，所以没有执行释放锁的语句，其他的线程就在while循环里面一直等待锁的释放，这显然不合理，一种简单的解决方法是在if里面继续加一条释放锁的语句：

if(ticket == 100){
	lock.unlock();
	break;
}

这样的方式固然可行，但是这写了两次unlock不是很符合规范。
更规范的方式是使用try...catch...finally，无论如何，程序最终都必须要执行finally里面的语句，上述代码最终可以改写为：

public class MyRunnable implements Runnable{

    int ticket = 0;

    Lock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try {
                lock.lock();
                if (ticket == 100){
                    break;
                }else{
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    ticket++;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在卖第" + ticket + "张票");
                }
            } catch (RuntimeException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}