当我们使用多个线程访问同一资源（可以是同一个变量、同一个文件、同一条记录等）的时候，若多个线程只有读操作，那么不会发生线程安全问题。但是如果多个线程中对资源有读和写的操作，就容易出现线程安全问题。
举例：
1.1 同一个资源问题和线程安全问题
案例：
火车站要卖票，我们模拟火车站的卖票过程。因为疫情期间，本次列车的座位共100个（即，只能出售100张火车票）。我们来模拟车站的售票窗口，实现多个窗口同时售票的过程。注意：不能出现错票、重票。
1.1.1 局部变量不能共享
示例代码：
package com.atguigu.unsafe;
class Window extends Thread {
public void run() {
int ticket = 100;
while (ticket > 0) {
System.out.println(getName() + "卖出一张票，票号:" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class SaleTicketDemo1 {
public static void main(String[] args) {
Window w1 = new Window();
Window w2 = new Window();
Window w3 = new Window();
w1.setName("窗口1");
w2.setName("窗口2");
w3.setName("窗口3");
w1.start();
w2.start();
w3.start();
}
}
结果：发现卖出300张票。
问题：局部变量是每次调用方法都是独立的，那么每个线程的run()的ticket是独立的，不是共享数据。
1.1.2 不同对象的实例变量不共享
package com.atguigu.unsafe;
class TicketWindow extends Thread {
private int ticket = 100;
public void run() {
while (ticket > 0) {
System.out.println(getName() + "卖出一张票，票号:" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class SaleTicketDemo2 {
public static void main(String[] args) {
TicketWindow w1 = new TicketWindow();
TicketWindow w2 = new TicketWindow();
TicketWindow w3 = new TicketWindow();
w1.setName("窗口1");
w2.setName("窗口2");
w3.setName("窗口3");
w1.start();
w2.start();
w3.start();
}
}
结果：发现卖出300张票。
问题：不同的实例对象的实例变量是独立的。
1.1.3 静态变量是共享的
示例代码：
package com.atguigu.unsafe;
class TicketSaleThread extends Thread {
private static int ticket = 100;
public void run() {
while (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(getName() + "卖出一张票，票号:" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class SaleTicketDemo3 {
public static void main(String[] args) {
TicketSaleThread t1 = new TicketSaleThread();
TicketSaleThread t2 = new TicketSaleThread();
TicketSaleThread t3 = new TicketSaleThread();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
运行结果：
窗口1卖出一张票，票号:100
窗口2卖出一张票，票号:100
窗口3卖出一张票，票号:100
窗口3卖出一张票，票号:97
窗口1卖出一张票，票号:97
窗口2卖出一张票，票号:97
结果：发现卖出近100张票。
问题1：但是有重复票或负数票问题。
原因：线程安全问题
问题2：如果要考虑有两场电影，各卖100张票等
原因：TicketThread类的静态变量，是所有TicketThread类的对象共享
1.1.4 同一个对象的实例变量共享
示例代码：多个Thread线程使用同一个Runnable对象
package com.atguigu.safe;
class TicketSaleRunnable implements Runnable {
private int ticket = 100;
public void run() {
while (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，票号:" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class SaleTicketDemo4 {
public static void main(String[] args) {
TicketSaleRunnable tr = new TicketSaleRunnable();
Thread t1 = new Thread(tr, "窗口一");
Thread t2 = new Thread(tr, "窗口二");
Thread t3 = new Thread(tr, "窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
结果：发现卖出近100张票。
问题：但是有重复票或负数票问题。
原因：线程安全问题
1.1.5 抽取资源类，共享同一个资源对象
示例代码：
package com.atguigu.unsafe;
//1、编写资源类
class Ticket {
private int ticket = 100;
public void sale() {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(10);//加入这个，使得问题暴露的更明显
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，票号:" + ticket);
ticket--;
} else {
throw new RuntimeException("没有票了");
}
}
public int getTicket() {
return ticket;
}
}
public class SaleTicketDemo5 {
public static void main(String[] args) {
//2、创建资源对象
Ticket ticket = new Ticket();
//3、启动多个线程操作资源类的对象
Thread t1 = new Thread("窗口一") {
public void run() {
while (true) {
ticket.sale();
}
}
};
Thread t2 = new Thread("窗口二") {
public void run() {
while (true) {
ticket.sale();
}
}
};
Thread t3 = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
ticket.sale();
}
}, "窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
结果：发现卖出近100张票。
问题：但是有重复票或负数票问题。
原因：线程安全问题
1.2 同步机制解决线程安全问题
要解决上述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。
根据案例简述：
窗口1线程进入操作的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操作结束，窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码去执行。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。
为了保证每个线程都能正常执行原子操作，Java引入了线程同步机制。注意:在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁，谁拿到锁就进入代码块，其他的线程只能在外等着(BLOCKED)。
1.2.1 同步机制解决线程安全问题的原理
同步机制的原理，其实就相当于给某段代码加“锁”，任何线程想要执行这段代码，都要先获得“锁”，我们称它为同步锁。因为Java对象在堆中的数据分为分为对象头、实例变量、空白的填充。而对象头中包含：
-
Mark Word：记录了和当前对象有关的GC、锁标记等信息。
-
指向类的指针：每一个对象需要记录它是由哪个类创建出来的。
-
数组长度（只有数组对象才有）
哪个线程获得了“同步锁”对象之后，”同步锁“对象就会记录这个线程的ID，这样其他线程就只能等待了，除非这个线程”释放“了锁对象，其他线程才能重新获得/占用”同步锁“对象。
1.2.2 同步代码块和同步方法
同步代码块：synchronized 关键字可以用于某个区块前面，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。 格式:
synchronized(同步锁){
需要同步操作的代码
}
**同步方法：**synchronized 关键字直接修饰方法，表示同一时刻只有一个线程能进入这个方法，其他线程在外面等着。
public synchronized void method(){
可能会产生线程安全问题的代码
}
1.2.3 同步锁机制
在《Thinking in Java》中，是这么说的：对于并发工作，你需要某种方式来防止两个任务访问相同的资源（其实就是共享资源竞争）。 防止这种冲突的方法就是当资源被一个任务使用时，在其上加锁。第一个访问某项资源的任务必须锁定这项资源，使其他任务在其被解锁之前，就无法访问它了，而在其被解锁之时，另一个任务就可以锁定并使用它了。
1.2.4 synchronized的锁是什么
同步锁对象可以是任意类型，但是必须保证竞争“同一个共享资源”的多个线程必须使用同一个“同步锁对象”。
对于同步代码块来说，同步锁对象是由程序员手动指定的（很多时候也是指定为this或类名.class），但是对于同步方法来说，同步锁对象只能是默认的：
-
静态方法：当前类的Class对象（类名.class）
-
非静态方法：this
1.2.5 同步操作的思考顺序
1、如何找问题，即代码是否存在线程安全？（非常重要）
（1）明确哪些代码是多线程运行的代码
（2）明确多个线程是否有共享数据
（3）明确多线程运行代码中是否有多条语句操作共享数据
2、如何解决呢？（非常重要）
对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不可以参与执行。 即所有操作共享数据的这些语句都要放在同步范围中
3、切记：
范围太小：不能解决安全问题
范围太大：因为一旦某个线程抢到锁，其他线程就只能等待，所以范围太大，效率会降低，不能合理利用CPU资源。
1.2.6 代码演示
示例一：静态方法加锁
package com.atguigu.safe;
class TicketSaleThread extends Thread{
private static int ticket = 100;
public void run(){//直接锁这里，肯定不行，会导致，只有一个窗口卖票
while (ticket > 0) {
saleOneTicket();
}
}
public synchronized static void saleOneTicket(){//锁对象是TicketSaleThread类的Class对象，而一个类的Class对象在内存中肯定只有一个
if(ticket > 0) {//不加条件，相当于条件判断没有进入锁管控，线程安全问题就没有解决
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，票号:" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class SaleTicketDemo3 {
public static void main(String[] args) {
TicketSaleThread t1 = new TicketSaleThread();
TicketSaleThread t2 = new TicketSaleThread();
TicketSaleThread t3 = new TicketSaleThread();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
示例二：非静态方法加锁
package com.atguigu.safe;
public class SaleTicketDemo4 {
public static void main(String[] args) {
TicketSaleRunnable tr = new TicketSaleRunnable();
Thread t1 = new Thread(tr, "窗口一");
Thread t2 = new Thread(tr, "窗口二");
Thread t3 = new Thread(tr, "窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class TicketSaleRunnable implements Runnable {
private int ticket = 100;
public void run() {//直接锁这里，肯定不行，会导致，只有一个窗口卖票
while (ticket > 0) {
saleOneTicket();
}
}
public synchronized void saleOneTicket() {//锁对象是this，这里就是TicketSaleRunnable对象，因为上面3个线程使用同一个TicketSaleRunnable对象，所以可以
if (ticket > 0) {//不加条件，相当于条件判断没有进入锁管控，线程安全问题就没有解决
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，票号:" + ticket);
ticket--;
}
}
}
示例三：同步代码块
package com.atguigu.safe;
public class SaleTicketDemo5 {
public static void main(String[] args) {
//2、创建资源对象
Ticket ticket = new Ticket();
//3、启动多个线程操作资源类的对象
Thread t1 = new Thread("窗口一") {
public void run() {//不能给run()直接加锁，因为t1,t2,t3的三个run方法分别属于三个Thread类对象，
// run方法是非静态方法，那么锁对象默认选this，那么锁对象根本不是同一个
while (true) {
synchronized (ticket) {
ticket.sale();
}
}
}
};
Thread t2 = new Thread("窗口二") {
public void run() {
while (true) {
synchronized (ticket) {
ticket.sale();
}
}
}
};
Thread t3 = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
while (true) {
synchronized (ticket) {
ticket.sale();
}
}
}
}, "窗口三");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
//1、编写资源类
class Ticket {
private int ticket = 1000;
public void sale() {//也可以直接给这个方法加锁，锁对象是this，这里就是Ticket对象
if (ticket > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，票号:" + ticket);
ticket--;
} else {
throw new RuntimeException("没有票了");
}
}
public int getTicket() {
return ticket;
}
}
