两个经典的线程安全示例分析

示例1:卖票与买票

@Slf4j(topic = "c.CASE1")
public class CASE1 { 
    //随机数
    public static Random random = new Random();
    public static int getRandom(){ 
        return random.nextInt(5) + 1;
    }

    public static void main(String[] args) { 
        //开始有2000张票
        TicketWindow ticketWindow = new TicketWindow(2000);
        List<Thread> list = new ArrayList<>();
        //用来存储卖出去多少张票,//竞态条件
        //List<Integer> sellCount = new ArrayList<>();
        List<Integer> sellCount = new Vector<>();
        //2000票分2000次卖出去
        for (int i = 0; i < 2000; i++) { 
            Thread t = new Thread(()->{ 
                //竞态态条件
                int sell = ticketWindow.sell(getRandom());
                sellCount.add(sell);
            });
            list.add(t);
            t.start();
        }
        //使得每个线程运行结束
        list.forEach((t)->{ 
            try { 
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        });
        //统计最终结果
        log.debug("卖出去:" + sellCount.stream().mapToInt(a->a).sum());
        log.debug("剩余票数:" + ticketWindow.getCount());

    }

}

class TicketWindow{ 
    private int count;

    public TicketWindow(int count) { 
        this.count = count;
    }

    public int getCount() { 
        return count;
    }

    public void setCount(int count) { 
        this.count = count;
    }

    //卖出去多少张表,如果返回0则表示没卖出去票
    public int sell(int amount){ 
        if(amount < count){ 
            count = count - amount;
            return amount;
        }else{ 
            return 0;
        }
    }
}

请判断该例子是否存在线程安全?
运行输出结果:

答:存在!
分析:判断是否存在线程安全步骤

  1. 寻找临界区 :

    int sell = ticketWindow.sell(getRandom());
    sellCount.add(sell);
    
  2. 寻找共享变量

    两个共享变量count,sellCount,存在线程安全的只有count变量,因为sellCount的add方法是属于线程安全的,如果换成ArrayList就会出现线程安全问题,count变量属于ticketWindow对象。

解决方法
可以给共享变量上锁,使用关键字synchronized,可以将锁加在sell方法上

    public synchronized int sell(int amount){ 
        if(amount < count){ 
            count = count - amount;
            return amount;
        }else{ 
            return 0;
        }
    }

等价于

    public int sell(int amount){ 
    synchronized(this){ 
            if(amount < count){ 
            count = count - amount;
            return amount;
        }else{ 
            return 0;
        }
    }
 }

示例2:ab互相转账

@Slf4j(topic = "c.CASE2")
public class CASE2 { 

    private static Random random = new Random();
    //返回1-100随机数
    public static  int getRandom(){ 
        return random.nextInt(100) + 1;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
        //账户a
        Account a = new Account(1000);
        //账户b
        Account b = new Account(1000);

        Thread t1 = new Thread(()->{ 
            for (int i = 0; i < 1000; i++) { 
                a.transfer(b,getRandom());
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(()->{ 
            for (int i = 0; i < 1000; i++) { 
                b.transfer(a,getRandom());
            }
        });

        //分别启动t1 t2
        t1.start();
        t2.start();

        //等待t1 t2跑完
        t1.join();
        t2.join();

        log.debug("账户a :" + a.getMoney() );
        log.debug("账户b :"  + b.getMoney());
        log.debug("total:{}",(a.getMoney() +b.getMoney()));
    }
}


class Account{ 
    private int money;

    public Account(int money) { 
        this.money = money;
    }

    public int getMoney() { 
        return money;
    }

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

    public void transfer(Account target,int amount){ 
        //有钱可转
        if(this.money > amount){ 
            this.setMoney(this.getMoney() - amount);
            target.setMoney(target.getMoney() + amount);
        }
    }

}


运行结果可以看出来,存在线程安全问题!
分析:

  1. 临界区

    public void transfer(Account target,int amount){ 
        //有钱可转
        synchronized (Account.class){ 
            if(this.money > amount){ 
                this.setMoney(this.getMoney() - amount);
                target.setMoney(target.getMoney() + amount);
            }
        }
    }
    
  2. 共享变量

    与上一个例子不同的是,该临界区存在的共享变量有两个,分别是this.moneytarget.money,所以如果在transfer上面加上锁,还能不能锁得住,能 不能解决线程安全问题呢?

     public synchronized void transfer(Account target,int amount){ 
         //有钱可转
           if(this.money > amount){ 
               this.setMoney(this.getMoney() - amount);
               target.setMoney(target.getMoney() + amount);
           }
     }
    

    并不能!
    原因是:此时的synchronized只能锁定住当前的对象的共享变量,也就是说谁调用transfer就会锁住谁的money属性,因此并不能解决线程安全问题,那么该如果才能同时锁住两个对象呢?

解决方法:扩大锁的范围,从锁住对象扩大至锁住整个类,因为无论是this.moneytarget.money它们都属于Account类,因此可以修改临界区的锁范围,如下:

    public void transfer(Account target,int amount){ 
        //有钱可转
        synchronized (Account.class){ 
            if(this.money > amount){ 
                this.setMoney(this.getMoney() - amount);
                target.setMoney(target.getMoney() + amount);
            }
        }
    }

重新运行代码:

此时便达到我们的线程安全目的。