用多線程過(guò)程中，有可能出現(xiàn) 多個(gè)線程同時(shí)處理（獲取或修改等）同一個(gè)數(shù)據(jù)，這個(gè)時(shí)候就 會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)不同步的問(wèn)題， 因此出現(xiàn)了同步和鎖來(lái)保證多個(gè)線程可以安全的處理同一個(gè)數(shù)據(jù)。

1.存在的問(wèn)題

例如：火車(chē)售票窗口售票，假如我們有 2 個(gè)窗口（相當(dāng)于開(kāi)啟了 2 個(gè)線程），同時(shí)賣(mài) 10 張票

兩個(gè)窗口的操作流程都如下：

1）購(gòu)票者到窗口

2）窗口訪問(wèn)票匣子獲取余票數(shù)量

3）票匣子返回余票數(shù)量

4）售票窗口判斷，若存在票（大于 0 ）則賣(mài)給他

那么，假如票匣子就剩下 1 張票啦！但是不巧的是兩個(gè)窗口同時(shí)查看余票數(shù)量，都發(fā)現(xiàn)還有 1 張票，**又都賣(mài)給了購(gòu)票者……**這就是多線程存在的數(shù)據(jù)不同步問(wèn)題^_

示例代碼：

public class Demo {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {ThreadDemo threadDemo = new ThreadDemo();new Thread(threadDemo,"售票窗口1").start();new Thread(threadDemo,"售票窗口2").start();}
}class ThreadDemo implements Runnable {private int ticketCount = 10;@Overridepublic void run() {String tName = Thread.currentThread().getName();while (true) {if (ticketCount <= 0) {return;}try {Thread.sleep(200);System.out.println(tName + "成功賣(mài)了一張票！余票:" + (ticketCount-- - 1));} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}
}

輸出結(jié)果：

售票窗口1成功賣(mài)了一張票！余票:9
售票窗口2成功賣(mài)了一張票！余票:8
售票窗口1成功賣(mài)了一張票！余票:7
售票窗口2成功賣(mài)了一張票！余票:6
售票窗口2成功賣(mài)了一張票！余票:5
售票窗口1成功賣(mài)了一張票！余票:4
售票窗口2成功賣(mài)了一張票！余票:3
售票窗口1成功賣(mài)了一張票！余票:2
售票窗口1成功賣(mài)了一張票！余票:1
售票窗口2成功賣(mài)了一張票！余票:0
售票窗口1成功賣(mài)了一張票！余票:-1

2.使用同步解決問(wèn)題

同步（Synchronization） 是一種協(xié)調(diào)多個(gè)線程執(zhí)行的機(jī)制，它能夠確保在同一時(shí)刻只有一個(gè)線程訪問(wèn)共享資源。主要通過(guò)關(guān)鍵字 synchronized 和 volatile 以及 鎖對(duì)象 等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。

1) synchronized

關(guān)鍵字 synchronized 用于修飾方法或代碼塊，保證在同一時(shí)刻只有一個(gè)線程能夠執(zhí)行被 synchronized 修飾的代碼。以下是兩種使用方式：

• 修飾方法

public synchronized void test() {// 同步的代碼塊
}

• 修飾代碼塊

public void someMethod() {// 非同步的代碼塊synchronized (lockObject) {// 同步的代碼塊}// 非同步的代碼塊
}

2) volatile

關(guān)鍵字 volatile 用于聲明變量，保證變量的可見(jiàn)性。被 volatile 修飾的變量對(duì)所有線程可見(jiàn)，當(dāng)一個(gè)線程修改了這個(gè)變量的值，其他線程能夠立即看到修改后的值。

public class Demo {private volatile int ticketCount = 10;
}

3) 鎖

Java 提供了很多種鎖，常用的有 synchronized 關(guān)鍵字、ReentrantLock 及 Read/Write Lock 等 。

• ReentrantLock

  它支持可重入鎖，允許一個(gè)線程多次獲取同一把鎖。

  import java.util.concurrent.locks.Lock;
  import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class Demo {private final Lock lock = new ReentrantLock();public void test() {lock.lock();try {// 同步的代碼塊} finally {lock.unlock();}}
  }
  

  ReentrantLock 提供了比 synchronized 更豐富的功能，如可中斷鎖、公平鎖、定時(shí)鎖等

• Read/Write Lock

  ReadWriteLock 接口定義了讀寫(xiě)鎖，它包含兩個(gè)鎖，一個(gè)用于讀操作，一個(gè)用于寫(xiě)操作。讀寫(xiě)鎖允許多個(gè)線程同時(shí)讀取共享資源，但只允許一個(gè)線程進(jìn)行寫(xiě)操作。ReentrantReadWriteLock 是 ReadWriteLock 的一個(gè)實(shí)現(xiàn)類

  import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
  import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;public class Demo {private final ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();public void read() {readWriteLock.readLock().lock();try {// 讀取共享資源的操作} finally {readWriteLock.readLock().unlock();}}public void write() {readWriteLock.writeLock().lock();try {// 修改共享資源的操作} finally {readWriteLock.writeLock().unlock();}}
  }
  

  讀寫(xiě)鎖適用于讀操作遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于寫(xiě)操作的場(chǎng)景，可以提高并發(fā)性

• StampedLock

  它是一種讀寫(xiě)鎖的變種，提供了樂(lè)觀讀鎖，可以在讀多寫(xiě)少的場(chǎng)景中提供更好的性能

  import java.util.concurrent.locks.StampedLock;public class Demo {private final StampedLock stampedLock = new StampedLock();public void read() {long stamp = stampedLock.tryOptimisticRead();// 樂(lè)觀讀操作if (!stampedLock.validate(stamp)) {// 有寫(xiě)操作發(fā)生，轉(zhuǎn)為悲觀讀stamp = stampedLock.readLock();try {// 悲觀讀操作} finally {stampedLock.unlockRead(stamp);}}}public void write() {long stamp = stampedLock.writeLock();try {// 寫(xiě)操作} finally {stampedLock.unlockWrite(stamp);}}
  }
  

  StampedLock 提供了更細(xì)粒度的控制，并允許在不同的代碼路徑中執(zhí)行不同的操作

總結(jié)

在多線程編程中，確保線程安全是至關(guān)重要的！通過(guò)合理使用 synchronized 關(guān)鍵字、volatile 關(guān)鍵字以及 ReentrantLock 等鎖機(jī)制，可以有效地保護(hù)共享資源，避免數(shù)據(jù)不一致和競(jìng)態(tài)條件等問(wèn)題。合理的同步機(jī)制不僅能夠提高程序的性能，還能夠確保程序的正確性。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，根據(jù)具體場(chǎng)景選擇合適的同步和鎖機(jī)制是編寫(xiě)高效、安全多線程代碼的關(guān)鍵。