《JUC并发编程 - 高级篇》03 - 共享对象之管程上篇（共享带来的问题 | synchronized | 线程八锁

3.3 方法上的 synchronized

//成员方法上加synchronized,锁对象是当前对象this
class Test{
    public synchronized void test() {
    }
}
//等价于
class Test{
    public void test() {
        synchronized(this) {
        }
    }
}

//静态方法上加锁,锁对象是类对象
class Test{
    public synchronized static void test() {
    }
}
//等价于
class Test{
    public static void test() {
        synchronized(Test.class) {
        }
    }
}

不加 synchronized 的方法

不加 synchronzied 的方法就好比不遵守规则的人，不去老实排队（好比翻窗户进去的）

3.4 “线程八锁”

其实就是考察 synchronized 锁住的是哪个对象

情况一

@Slf4j(topic = "c.Test8Locks")
public class Test8Locks {
    public static void main(String[] args) {
        Number number = new Number();//此时synchronized 锁住的是同一个锁对象
        new Thread(()->{
            log.debug("begin");
            number.a();
        }).start();
        new Thread(()->{
            log.debug("begin");
            number.b();
        }).start();
    }
}
@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
    public synchronized void a(){
        log.debug("1");
    }
    public synchronized void b(){
        log.debug("2");
    }
}

结果：打印1 2 或 2 1

情况二

@Slf4j(topic = "c.Test8Locks")
public class Test8Locks {
    public static void main(String[] args) {
        Number number = new Number();
        new Thread(()->{
            log.debug("begin");
            number.a();
        }).start();
        new Thread(()->{
            log.debug("begin");
            number.b();
        }).start();
    }
}
@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
    public synchronized void a(){
        sleep(1);
        log.debug("1");
    }
    public synchronized void b(){
        log.debug("2");
    }
}

结果：1s后打印 1 2 或 先打印2 , 1s后打印1

情况三

@Slf4j(topic = "c.Test8Locks")
public class Test8Locks {
    public static void main(String[] args) {
        Number number = new Number();
        new Thread(()->{
            log.debug("begin");
            number.a();
        }).start();
        new Thread(()->{
            log.debug("begin");
            number.b();
        }).start();
        new Thread(()->{
            log.debug("begin");
            number.c();
        }).start();
    }
}
@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
    public synchronized void a(){
        sleep(1);
        log.debug("1");
    }
    public synchronized void b(){
        log.debug("2");
    }
    public synchronized void c(){
        log.debug("3");
    }
}

结果：先打印3, 1s后打印1 2 或 先打印 2 3, 1s后打印1 或 先打印3 2, 1s后打印1

情况四

@Slf4j(topic = "c.Test8Locks")
public class Test8Locks {
    public static void main(String[] args) {
        Number number = new Number();
        Number number2 = new Number();
        new Thread(()->{
            log.debug("begin");
            number.a();
        }).start();
        new Thread(()->{
            log.debug("begin");
            number2.b();
        }).start();
    }
}
@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
    public synchronized void a(){
        sleep(1);
        log.debug("1");
    }
    public synchronized void b(){
        log.debug("2");
    }
}

结果：先打印2, 1s后打印 1

情况五

@Slf4j(topic = "c.Test8Locks")
public class Test8Locks {
    public static void main(String[] args) {
        Number number = new Number();
        new Thread(()->{
            log.debug("begin");
            number.a();
        }).start();
        new Thread(()->{
            log.debug("begin");
            number.b();
        }).start();
    }
}
@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
    public static synchronized void a(){//锁的是类对象
        sleep(1);
        log.debug("1");
    }
    public synchronized void b(){//锁的是this对象
        log.debug("2");
    }
}

结果：先打印2, 1s后打印 1

情况六

@Slf4j(topic = "c.Test8Locks")
public class Test8Locks {
    public static void main(String[] args) {
        Number number = new Number();
        new Thread(()->{
            log.debug("begin");
            number.a();
        }).start();
        new Thread(()->{
            log.debug("begin");
            number.b();
        }).start();
    }
}
@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
    public static synchronized void a(){
        sleep(1);
        log.debug("1");
    }
    public static synchronized void b(){
        log.debug("2");
    }
}

结果：先打印2, 1s后打印 1

情况八

@Slf4j(topic = "c.Test8Locks")
public class Test8Locks {
    public static void main(String[] args) {
        Number number = new Number();
        Number number2 = new Number();
        new Thread(()->{
            log.debug("begin");
            number.a();
        }).start();
        new Thread(()->{
            log.debug("begin");
            number2.b();
        }).start();
    }
}
@Slf4j(topic = "c.Number")
class Number{
    public static synchronized void a(){
        sleep(1);
        log.debug("1");
    }
    public static synchronized void b(){
        log.debug("2");
    }
}

结果：1s后打印 1 2 或 先打印2 , 1s后打印1

3.5 变量的线程安全分析

成员变量和静态变量是否线程安全？

如果它们没有共享，则线程安全

如果它们被共享了，根据它们的状态是否能够改变，又分两种情况

如果只有读操作，则线程安全

如果有读写操作，则这段代码是临界区，需要考虑线程安全

局部变量是否线程安全？

局部变量是线程安全的

但局部变量引用的对象则未必

如果该对象没有逃离方法的作用访问，它是线程安全的

如果该对象逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全

3.5.1 局部/成员变量线程安全分析

**情况一：**普通局部变量是线程安全的

public static void test1() {
    int i = 10;
    i++;
}

每个线程调用 test1() 方法时局部变量 i，会在每个线程的栈帧内存中被创建多份，因此不存在共享

public static void test1();
    descriptor: ()V
        flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
          Code:
            stack=1, locals=1, args_size=0
            0: bipush 10
            2: istore_0
            3: iinc 0, 1
            6: return
          LineNumberTable:
            line 10: 0
            line 11: 3
            line 12: 6
          LocalVariableTable:
            Start Length Slot Name Signature
              3   4      0  i      I

**情况二：**被共享的成员变量的线程安全

//被共享的成员变量的线程安全举例
//共享变量有读写操作
public class TestThreadSafe {
    static final int THREAD_NUMBER = 2;
    static final int LOOP_NUMBER = 200;
    public static void main(String[] args) {
        ThreadUnsafe test = new ThreadUnsafe();
        for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {
            new Thread(() -> {
                test.method1(LOOP_NUMBER);
            }, "Thread" + (i+1)).start();
        }
    }
}
class ThreadUnsafe {
    ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
    public void method1(int loopNumber) {
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            method2();
            method3();
        }
    }
    private void method2() {
        list.add("1");
    }
    private void method3() {
        list.remove(0);
    }
}

运行结果：

Exception in thread "Thread2" java.lang.IndexOutOfBoundsException: Index: 0, Size: 0
  at java.util.ArrayList.rangeCheck(ArrayList.java:657)
  at java.util.ArrayList.remove(ArrayList.java:496)
  at cn.itcast.n4.ThreadUnsafe.method3(TestThreadSafe.java:32)
  at cn.itcast.n4.ThreadUnsafe.method1(TestThreadSafe.java:23)
  at cn.itcast.n4.TestThreadSafe.lambda$main$0(TestThreadSafe.java:13)
  at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

分析：

两次add的时候出了问题，add的时候数组长度会增加，两线程同时操作，字节码指令会执行会出现覆盖，只能加一个长度，remove两次就越界了.

new Thread(() -> {
    list.add("1");  // 时间1. 会让内部 size ++
    list.remove(0); // 时间3. 再次 remove size-- 出现角标越界
}, "t1").start();
new Thread(() -> {
    list.add("2");  // 时间1（并发发生）. 会让内部 size ++，但由于size的操作非原子性,  size 本该是2，但结果可能出现1
    list.remove(0); // 时间2. 第一次 remove 能成功, 这时 size 已经是0
}, "t2").start();

例: t1获取集合的size然后加1 将值付给它, 如果获取size后还未进行++操作。此时，t1让出cpu 另外一个线程获取到了size依旧是0 然后t2进行size++, 最终导致两个线程的 size++执行后,size只加了一次。同理elementData[size++] = e 也会出现值覆盖问题。从而导致向集合中只add一个元素却进行了两次remove，出现下标越界异常。

无论哪个线程中的 method2 引用的都是同一个对象中的 list 成员变量

**情况三：**局部变量引用的对象不一定是线程安全的

将 list 修改为局部变量

//局部变量引用的对象是线程安全的情况
public class TestThreadSafe {
    static final int THREAD_NUMBER = 2;
    static final int LOOP_NUMBER = 200;
    public static void main(String[] args) {
        ThreadSafe test = new ThreadSafe();
        for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {
            new Thread(() -> {
                test.method1(LOOP_NUMBER);
            }, "Thread" + (i+1)).start();
        }
    }
}
class ThreadSafe {
    public final void method1(int loopNumber) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            method2(list);
            method3(list);
        }
    }
    public void method2(ArrayList<String> list) {
        list.add("1");
    }
    private void method3(ArrayList<String> list) {
        // System.out.println(1);
        list.remove(0);
    }
}

那么就不会有上述问题了

分析：

list 是局部变量，每个线程调用时会创建其不同实例，没有共享
而 method2 的参数是从 method1 中传递过来的，与 method1 中引用同一个对象
method3 的参数分析与 method2 相同

方法访问修饰符带来的思考，如果把 method2 和 method3 的方法修改为 public 会不会代理线程安全问题？

情况1：有其它线程调用 method2 和 method3

无线程安全问题，因为调用method1的线程和直接调用method3的线程传入的不是同一个list.

情况2：在情况1 的基础上，为 ThreadSafe 类添加子类，子类覆盖 method2 或 method3 方法，即

//局部变量引用的对象不是线程安全
//此处省略测试类...
class ThreadSafe {
    public void method1(int loopNumber) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            method2(list);
            method3(list);
        }
    }
    public void method2(ArrayList<String> list) {
        list.add("1");
    }
    public void method3(ArrayList<String> list) {
        list.remove(0);
    }
}
class ThreadSafeSubClass extends ThreadSafe{
    @Override
    public void method3(ArrayList<String> list) {
        new Thread(() -> {
            list.remove(0);
        }).start();
    }
}

结果：

结论：

方法的访问修饰符是有一定意义的，在一定程度上可以保护线程安全。 private可以限制子类不能重写父类的方法。public 方法如果不想让子类影响其行为可以使用final进行修饰

从这个例子可以看出 private 或 final 提供【安全】的意义所在，请体会开闭原则中的【闭】

不想让子类改变我的行为那我就把它保护起来 ,通过 private 或 final

使用private 和final 修改后

3.5.2 实例分析

例1：

public class MyServlet extends HttpServlet {// Myservlet只有一份,里面的成员变量/方法会被共享
    // 是否安全？ NO
    Map<String,Object> map = new HashMap<>();
    // 是否安全？Yes
    String S1 = "...";
    // 是否安全？ Yes
    final String S2 = "...";
    // 是否安全？不是
    Date D1 = new Date();
    // 是否安全？不是  加上final只能说明D2这个引用的指向不会再发生变化,但是创建的Date对象里面的属性依旧可以发生变化的
    final Date D2 = new Date();
    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        // 使用上述变量
    }
}

例2

public class MyServlet extends HttpServlet {
    // 是否安全？ No
    private UserService userService = new UserServiceImpl();
    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
         userService.update(...);
    }
}
public class UserServiceImpl implements UserService {
    // 记录调用次数 No
    private int count = 0;
    public void update() {
        // ...
        count++;
    }
}

例3

@Aspect
@Component
public class MyAspect {//MyAspect默认是单例的,里面的成员变量会被共享. 可能会出现线程安全问题.
    // 是否安全？ No
    private long start = 0L;
    @Before("execution(* *(..))")//这里写这俩方法是为了计算方法的执行时间
    public void before() {
        start = System.nanoTime();
    }
  @After("execution(* *(..))")
    public void after() {
        long end = System.nanoTime();
        System.out.println("cost time:" + (end-start));
    }
}//改进:用环绕通知来改进,把成员变量改为局部变量

例4 (可以从下往上分析哦)

//3.本类也是线程安全的
public class MyServlet extends HttpServlet {
    // 是否安全
    private UserService userService = new UserServiceImpl();
    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
      userService.update(...);
    }
}
//2.本类也是线程安全的,因为里面虽然有共享变量UserDao,但是UserDao没有可变的属性
public class UserServiceImpl implements UserService {
    // 是否安全
    private UserDao userDao = new UserDaoImpl();
    public void update() {
      userDao.update();
    }
}
//1.没有成员变量,所以本类一定是线程安全的
public class UserDaoImpl implements UserDao {
    public void update() {
        String sql = "update user set password = ? where username = ?";
        // 是否安全
        try (Connection conn = DriverManager.getConnection("","","")){
            // ...
        } catch (Exception e) {
            // ...
        }
    }
}

例5

//本类是线程不安全的
public class MyServlet extends HttpServlet {
    // 是否安全
    private UserService userService = new UserServiceImpl();
    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
      userService.update(...);
    }
}
//本类是线程不安全的,因为UserDao是被共享的,里面有可变的属性.
public class UserServiceImpl implements UserService {
    // 是否安全
    private UserDao userDao = new UserDaoImpl();
    public void update() {
      userDao.update();
    }
}
//有被共享的成员变量,所以本类是线程不安全的.
//举例:线程1刚创建了一个连接,线程2就执行了close(),关闭了连接.
public class UserDaoImpl implements UserDao {
    //是否安全 No
    private Connection conn = null;
    public void update() throws SQLException{
        String sql = "update user set password = ? where username = ?";
        conn = DriverManager.getConnection("","","")
         //...
        conn.close();
    }
}

《JUC并发编程 - 高级篇》03 - 共享对象之管程上篇（共享带来的问题 | synchronized | 线程八锁 | 线程安全类）（二）

3.3 方法上的 synchronized

3.4 “线程八锁”

3.5 变量的线程安全分析

3.5.1 局部/成员变量线程安全分析

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