Java线程安全问题及其三大线程同步“锁”方案

在实际开发过程中，使用线程时最重要的一个问题非线程安全问题莫属。这篇博客会带你由浅入深的初步了解该问题！

一、 线程安全问题概述

线程安全问题指的是，多个线程同时操作同一个共享资源的时候，可能会出现业务安全问题。

下面通过一个取钱的案例演示一下。案例需求如下：

场景：杨过和小龙女是一对夫妻，他们有一个共享账户，余额是10万元，杨过和小龙女同时来取钱，并且2人各自都在取钱10万元，可能出现什么问题呢？

杨过和小龙女假设都是一个线程，本来每个线程都应该执行完三步操作，才算是完成的取钱的操作。但是真实执行过程可能是下面这样子的

? ① 杨过线程只执行了判断余额是否足够（条件为true），然后CPU的执行权就被小龙女线程抢走了。

? ② 小龙女线程也执行了判断了余额是否足够（条件也是true）, 然后CPU执行权又被杨过线程抢走了。

? ③ 杨过线程由于刚才已经判断余额是否足够了，直接执行第2步，吐出了10万元钱，此时共享账户月为0。然后CPU执行权又被小龙女线程抢走。

? ④ 小龙女线程由于刚刚也已经判断余额是否足够了，直接执行第2步，吐出了10万元钱，此时共享账户月为-10万。

你会发现，在这个取钱案例中，两个人把共享账户的钱都取了10万，但问题是只有10万块钱啊！！！

以上取钱案例中的问题，就是线程安全问题的一种体现。

二、线程安全问题的demo演示

先定义一个共享的账户类

public class Account {
    private String cardId; // 卡号
    private double money; // 余额。

    public Account() {
    }

    public Account(String cardId, double money) {
        this.cardId = cardId;
        this.money = money;
    }

    // 杨过 小龙女同时过来的
    public void drawMoney(double money) {
        // 先搞清楚是谁来取钱？
        String name = Thread.currentThread().getName();
        // 1、判断余额是否足够
        if(this.money >= money){
            System.out.println(name + "来取钱" + money + "成功！");
            this.money -= money;
            System.out.println(name + "来取钱后，余额剩余：" + this.money);
        }else {
            System.out.println(name + "来取钱：余额不足~");
        }
    }

    public String getCardId() {
        return cardId;
    }

    public void setCardId(String cardId) {
        this.cardId = cardId;
    }

    public double getMoney() {
        return money;
    }

    public void setMoney(double money) {
        this.money = money;
    }
}

在定义一个是取钱的线程类

public class DrawThread extends Thread{
    private Account acc;
    public DrawThread(Account acc, String name){
        super(name);
        this.acc = acc;
    }
    @Override
    public void run() {
        // 取钱
        acc.drawMoney(100000);
    }
}

最后，再写一个测试类，在测试类中创建两个线程对象

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
         // 1、创建一个账户对象，代表两个人的共享账户。
        Account acc = new Account("ICBC-110", 100000);
        // 2、创建两个线程，分别代表杨过 小龙女，再去同一个账户对象中取钱10万。
        new DrawThread(acc, "杨过").start(); // 小明
        new DrawThread(acc, "小龙女").start(); // 小红
    }
}

运行程序，执行效果如下。你会发现两个人都取了10万块钱，余额为-10完了。

三、线程同步方案

为了解决前面的线程安全问题，我们可以使用线程同步思想。同步最常见的方案就是加锁，意思是每次只允许一个线程加锁，加锁后才能进入访问，访问完毕后自动释放锁，然后其他线程才能再加锁进来。

采用加锁的方案，就可以解决前面两个线程都取10万块钱的问题。怎么加锁呢？Java提供了三种方案

• 1.同步代码块
• 2.同步方法
• 3.Lock锁

四、线程同步代码块

同步代码块它的作用就是把访问共享数据的代码锁起来，以此保证线程安全。

//锁对象：必须是一个唯一的对象（同一个地址）
synchronized(锁对象){
    //...访问共享数据的代码...
}

使用同步代码块，来解决前面代码里面的线程安全问题。我们只需要修改DrawThread类中的代码即可。

// 杨过 小龙女线程同时过来的
public void drawMoney(double money) {
    // 先搞清楚是谁来取钱？
    String name = Thread.currentThread().getName();
    // 1、判断余额是否足够
    // this正好代表共享资源！
    synchronized (this) {
        if(this.money >= money){
            System.out.println(name + "来取钱" + money + "成功！");
            this.money -= money;
            System.out.println(name + "来取钱后，余额剩余：" + this.money);
        }else {
            System.out.println(name + "来取钱：余额不足~");
        }
    }
}

此时再运行测试类，观察是否会出现不合理的情况。

最后关于锁对象如何选择的问题提醒如下：

1.建议把共享资源作为锁对象, 不要将随便无关的对象当做锁对象
2.对于实例方法，建议使用this作为锁对象
3.对于静态方法，建议把类的字节码(类名.class)当做锁对象

五、同步方法

其实同步方法，就是把整个方法给锁住，一个线程调用这个方法，另一个线程调用的时候就执行不了，只有等上一个线程调用结束，下一个线程调用才能继续执行。

// 同步方法
public synchronized void drawMoney(double money) {
    // 先搞清楚是谁来取钱？
    String name = Thread.currentThread().getName();
    // 1、判断余额是否足够
    if(this.money >= money){
        System.out.println(name + "来取钱" + money + "成功！");
        this.money -= money;
        System.out.println(name + "来取钱后，余额剩余：" + this.money);
    }else {
        System.out.println(name + "来取钱：余额不足~");
    }
}

同步方法也是有锁对象，只不过这个锁对象没有显示的写出来而已。
1.对于实例方法，锁对象其实是this（也就是方法的调用者）
2.对于静态方法，锁对象时类的字节码对象（类名.class）

最终，总结一下同步代码块和同步方法有什么区别？

1.不存在哪个好与不好，只是一个锁住的范围大，一个范围小
2.同步方法是将方法中所有的代码锁住
3.同步代码块是将方法中的部分代码锁住

六、Lock锁

Lock锁是JDK5版本专门提供的一种锁对象，通过这个锁对象的方法来达到加锁，和释放锁的目的，使用起来更加灵活。格式如下

1.首先在成员变量位子，需要创建一个Lock接口的实现类对象（这个对象就是锁对象）
	private final Lock lk = new ReentrantLock();
2.在需要上锁的地方加入下面的代码
	 lk.lock(); // 加锁
	 //...中间是被锁住的代码...
	 lk.unlock(); // 解锁

使用Lock锁改写前面DrawThread中取钱的方法，代码如下

// 创建了一个锁对象
private final Lock lk = new ReentrantLock();

public void drawMoney(double money) {
        // 先搞清楚是谁来取钱？
        String name = Thread.currentThread().getName();
        try {
            lk.lock(); // 加锁
            // 1、判断余额是否足够
            if(this.money >= money){
                System.out.println(name + "来取钱" + money + "成功！");
                this.money -= money;
                System.out.println(name + "来取钱后，余额剩余：" + this.money);
            }else {
                System.out.println(name + "来取钱：余额不足~");
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lk.unlock(); // 解锁
        }
    }
}

七、附录—多线程常用方法