多线程 synchronized 同步解决脏数据问题

多线程的同步问题指的是多个线程同时修改一个数据的时候，可能导致的问题
多线程的问题，又叫Concurrency 问题

演示Concurrency 问题

假设盖伦有10000滴血，并且在基地里，同时又被对方多个英雄攻击，就是有多个线程在减少盖伦的hp，同时又有多个线程在恢复盖伦的hp
，假设线程的数量是一样的，并且每次改变的值都是1，那么所有线程结束后，盖伦应该还是10000滴血。
我们编一下运行试一下：

package charactor;
public class Hero{
    public String name;
    public float hp;
    public int damage;
    //回血
    public void recover(){
        hp=hp+1;
    }
    //掉血
    public void hurt(){
        hp=hp-1;
    }
}

package multiplethread;
import charactor.Hero;
public class TestThread3 {
    public static void main(String[] args) {
        final Hero gareen = new Hero();
        gareen.name = "盖伦";
        gareen.hp = 10000;
        System.out.printf("盖伦的初始血量是 %.0f%n", gareen.hp);
           
        //假设盖伦有10000滴血，并且在基地里，同时又被对方多个英雄攻击
        //用JAVA代码来表示，就是有多个线程在减少盖伦的hp
        //同时又有多个线程在恢复盖伦的hp
        int n = 10000;
        Thread[] addThreads = new Thread[n];
        Thread[] reduceThreads = new Thread[n];
         //n个线程增加盖伦的hp 
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){
                    gareen.recover();
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            addThreads[i] = t;
        }
        //n个线程减少盖伦的hp
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){
                    gareen.hurt();
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            reduceThreads[i] = t;
        } 
         for (Thread t : addThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        for (Thread t : reduceThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //代码执行到这里，所有增加和减少线程都结束了
        //增加和减少线程的数量是一样的，每次都增加，减少1.
        //那么所有线程都结束后，盖伦的hp应该还是初始值
        //但是事实上观察到的是：
        System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量变成了 %.0f%n", n,n,gareen.hp);
    } 
}

分析同步问题产生的原因

1. 假设增加线程先进入，得到的hp是10000
2. 进行增加运算
3. 正在做增加运算的时候，还没有来得及修改hp的值，减少线程来了
4. 减少线程得到的hp的值也是10000
5. 减少线程进行减少运算
6. 增加线程运算结束，得到值10001，并把这个值赋予hp
7. 减少线程也运算结束，得到值9999，并把这个值赋予hp
   hp，最后的值就是9999
   虽然经历了两个线程各自增减了一次，本来期望还是原值10000，但是却得到了一个9999
   这个时候的值9999是一个错误的值，在业务上又叫做脏数据
   

解决思路

总体解决思路是： 在增加线程访问hp期间，其他线程不可以访问hp

1. 增加线程获取到hp的值，并进行运算
2. 在运算期间，减少线程试图来获取hp的值，但是不被允许
3. 增加线程运算结束，并成功修改hp的值为10001
4. 减少线程，在增加线程做完后，才能访问hp的值，即10001
5. 减少线程运算，并得到新的值10000
   

synchronized 同步对象概念

解决上述问题之前，先理解synchronized关键字的意义
如下代码：

Object someObject =new Object();
synchronized (someObject){
  //此处的代码只有占有了someObject后才可以执行
}

synchronized表示当前线程，独占 对象 someObject，当前线程独占 了对象someObject，如果有其他线程试图占有对象someObject，就会等待，直到当前线程释放对someObject的占用。someObject 又叫同步对象，所有的对象，都可以作为同步对象，为了达到同步的效果，必须使用同一个同步对象，释放同步对象的方式： synchronized 块自然结束，或者有异常抛出

package multiplethread;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
public class TestThread {
    public static String now(){
        return new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date());
    }
    public static void main(String[] args) {
        final Object someObject = new Object();
        Thread t1 = new Thread(){
            public void run(){
                try {
                    System.out.println( now()+" t1 线程已经运行");
                    System.out.println( now()+this.getName()+ " 试图占有对象：someObject");
                    synchronized (someObject) {
                        System.out.println( now()+this.getName()+ " 占有对象：someObject");
                        Thread.sleep(5000);
                        System.out.println( now()+this.getName()+ " 释放对象：someObject");
                    }
                    System.out.println(now()+" t1 线程结束");
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        t1.setName(" t1");
        t1.start();
        Thread t2 = new Thread(){
            public void run(){
                try {
                    System.out.println( now()+" t2 线程已经运行");
                    System.out.println( now()+this.getName()+ " 试图占有对象：someObject");
                    synchronized (someObject) {
                        System.out.println( now()+this.getName()+ " 占有对象：someObject");
                        Thread.sleep(5000);
                        System.out.println( now()+this.getName()+ " 释放对象：someObject");
                    }
                    System.out.println(now()+" t2 线程结束");
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        t2.setName(" t2");
        t2.start();
    }
}

使用synchronized 解决同步问题

所有需要修改hp的地方，有要建立在占有someObject的基础上。
而对象 someObject在同一时间，只能被一个线程占有。 间接地，导致同一时间，hp只能被一个线程修改。

package multiplethread;
import java.awt.GradientPaint;
import charactor.Hero;
public class TestThread {
    public static void main(String[] args) {
        final Object someObject = new Object();
         
        final Hero gareen = new Hero();
        gareen.name = "盖伦";
        gareen.hp = 10000;
          
        int n = 10000;
  
        Thread[] addThreads = new Thread[n];
        Thread[] reduceThreads = new Thread[n];
          
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){
                     
                    //任何线程要修改hp的值，必须先占用someObject
                    synchronized (someObject) {
                        gareen.recover();
                    }
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            addThreads[i] = t;
              
        }
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){
                    //任何线程要修改hp的值，必须先占用someObject
                    synchronized (someObject) {
                        gareen.hurt();
                    }
                     
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            reduceThreads[i] = t;
        }
         for (Thread t : addThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        for (Thread t : reduceThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量是 %.0f%n", n,n,gareen.hp);
    }
}

使用hero对象作为同步对象

package charactor;
  
public class Hero{
    public String name;
    public float hp;
    public int damage;
    //回血
    public void recover(){
	     synchronized (this) {
	        hp=hp+1;
        }
    }
    //掉血
    public void hurt(){
        //使用this作为同步对象
        synchronized (this) {
            hp=hp-1;   
        }
    }
}

package multiplethread;
import java.awt.GradientPaint;
import charactor.Hero;
public class TestThread {
    public static void main(String[] args) {
        final Object someObject = new Object();
         
        final Hero gareen = new Hero();
        gareen.name = "盖伦";
        gareen.hp = 10000;
          
        int n = 10000;
  
        Thread[] addThreads = new Thread[n];
        Thread[] reduceThreads = new Thread[n];
          
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){
                    gareen.recover();
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            addThreads[i] = t;
              
        }
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){
                    gareen.hurt();
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            reduceThreads[i] = t;
        }
         for (Thread t : addThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        for (Thread t : reduceThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量是 %.0f%n", n,n,gareen.hp);
    }
}

在方法前，加上修饰符synchronized

在recover前，直接加上synchronized ，其所对应的同步对象，就是this
和hurt方法达到的效果是一样
外部线程访问gareen的方法，就不需要额外使用synchronized 了

package charactor;
public class Hero{
    public String name;
    public float hp;
    public int damage;
    //回血
    //直接在方法前加上修饰符synchronized
    //其所对应的同步对象，就是this
    //和hurt方法达到的效果一样
    public synchronized void recover(){
        hp=hp+1;
    }
    //掉血
    public synchronized  void hurt(){
        hp=hp-1;
    }

package multiplethread;
   
import java.awt.GradientPaint;
 
import charactor.Hero;
   
public class TestThread {
   
    public static void main(String[] args) {
 
        final Hero gareen = new Hero();
        gareen.name = "盖伦";
        gareen.hp = 10000;
          
        int n = 10000;
  
        Thread[] addThreads = new Thread[n];
        Thread[] reduceThreads = new Thread[n];
          
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){
                     
                    //recover自带synchronized
                    gareen.recover();
                     
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            addThreads[i] = t;
              
        }
          
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){
                    //hurt自带synchronized
                    gareen.hurt();
                     
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            reduceThreads[i] = t;
        }
          
        for (Thread t : addThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        for (Thread t : reduceThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
          
        System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量是 %.0f%n", n,n,gareen.hp);
          
    }
       
}

线程安全的类

如果一个类，其方法都是有synchronized修饰的，那么该类就叫做线程安全的类
同一时间，只有一个线程能够进入 这种类的一个实例 的去修改数据，进而保证了这个实例中的数据的安全(不会同时被多线程修改而变成脏数据)

比如StringBuffer和StringBuilder的区别
StringBuffer的方法都是有synchronized修饰的，StringBuffer就叫做线程安全的类
而StringBuilder就不是线程安全的类