微课讲稿-Java多线程的临界资源

Java多线程的临界资源北京信息职业技术学院|林志红Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青上节课我们学会了如何写线程，当一个程序启动了一个以上的线程之后，该程序就由原来的单线程程序变成了多线程程序，这些线程并发执行去完成一些复杂的功能。Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青既然是多个线程并发执行，就必然存在线程间的相互制约问题，也就必然存在多线程运行的一些规则，如果不能正确处理线程间的关系，违反了某些重要规则，那么多线程不但不能提高工作效率，相反还会带来严重的问题。Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青多线程并发执行中的重要概念—临界资源我们来看一个例子：例：假设有10张车票，设计两个线程同时出售车票，每售出一张票，都打印剩余票数，如果票已售完，则打印“票已售完！”Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青出售车票问题是一个典型的多线程问题，售票大厅一般都有多个窗口，每个窗口实际上都对应一个售票线程，每卖出一张票，剩余车票就会减去一张。为了简化问题，我们只考虑两个窗口的情况。程序很简单，启动两个线程，这两个线程执行相同的算法，就是不停地将剩余车票减一，直到无票可卖为止。主程序代码如下图：Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青Java多线程的临界资源Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青在上面这个程序中，我们定义了一个Runnable实现类Sell，在这个类中设定了一个变量Ticket_num用于存放初始总车票数，并实现了作为线程体的run方法，在run方法中，对总车票数循环减一，每减一次，将剩余票数打印出来，总车票数已经为零，则打印无票，跳出循环，线程结束。这里用到了一个方法调用Thread.currentThread().getName(),这个调用的功能是取得当前运行的线程名称，这个线程名称是系统给定的，每个线程都有一个不同的名称。Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青在主程序中，创建了Sell类的对象s,并以s为参数，创建了两个线程t和t1，由于t和t1在创建时使用了同一个参数s,所以t和t1的线程体实际上是同一个run方法，也就是说无论是t得到运行机会还是t1获得运行机会，都会去修改同一个s中的Ticket_num变量。两个线程启动后，运行结果如下图所示。这里Thread-0和Thread-1是系统给定的两个线程名称，从结果可以看出，两个线程分别卖出了一些票，剩余车票逐渐下降，直到无票可卖。结果似乎合理！Java多线程的临界资源Java多线程的临界资源问题：该程序有没有潜在的问题？什么是潜在的问题？潜在的问题就是表面上看一切正常，但是有可能在某一时刻突然出现问题，而且这种问题可能还很难复现，这是一种最令人头痛的问题。Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青我们来观察一下上面的程序代码，这段代码非常简单，似乎找不出什么逻辑上的漏洞，运行结果也是合理的。事实上，这段代码是有问题的，这个问题充分体现出多线程与单线程在程序设计思路上的不同。Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青单线程程序，只要保证代码处理逻辑正确即可多线程程序，不但要保证代码处理逻辑正确，而且要保证时序逻辑正确那么什么是时序逻辑呢？这就要回顾一下前面关于线程调度的知识了。回顾旧知人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青在java技术中，线程通常是抢占式的。抢占式调度模型就是许多线程处于可以运行状态（就绪状态），但实际上只有一个线程在运行。该线程一直运行到它终止、阻塞或进入可运行状态（就绪状态），或者另一个具有更高优先级的线程变成可运行状态。在后一种情况下，低优先级的线程被高优先级的线程抢占，高优先级的线程获得运行的机会。回顾旧知人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青所以一个线程体并不是一次完成其运行，而是与另外的线程体交替运行的。正是这种交替运行有可能带来一些问题。

为了说明这个问题，我们可以把本例的线程体简化一下，只保留核心部分如下图所示：Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青回顾旧知人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青我们知道，我们所创建的两个线程都是用的这段代码，如果用红色代表线程1，用黄色代表线程2，那么线程1和线程2可以如下表示.这里之所以把线程体由一个整体变成用一些语句碎片来表示，实际上是为了更真实地反映线程的生存状况。现在假设Ticket_num=1，也就是还剩最后一张票了，我们来分析一下线程的运行情况：Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青线程1：线程2：Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青情况1：初始条件：Ticket_num=1在这种情况下，线程1判断Ticket_num大于0，将Ticket_num减1后将打印：线程1：剩余车票0线程2判断Ticket_num已经不大于0，所以打印：线程2：无票！Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青情况1，调度器按如图方式调度：运行结果为：线程1：剩余车票0线程2：无票！这个结果从逻辑上看是正确的，但是从真实情况来讲，这个结果并不是总能得到。因为这种调度情况并不是总能重复，线程1执行完毕，然后线程2执行，这实际上已不是线程的并发执行，而是线程的串行化执行。Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青情况2：初始条件:Ticket_num=1线程1：判断Ticket_num大于0，应该将Ticket_num减1，但此时CPU切换到线程2线程2：因为线程1还没有来得及将Ticket_num减1，所以Ticket_num仍然为1，所以此时线程2判断Ticket_num大于0，将Ticket_num减1后打印“线程2：剩余车票0”后CPU切换回线程1线程1：继续执行Ticket_num减1语句，但是此时Ticket_num减1操作已被线程2执行过一次，所以Ticket_num的值已经为0，所以线程1执行完Ticket_num减1操作后，Ticket_num的值变为-1，所以线程1打印“线程1：剩余车票-1”Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青情况2：调度器按如图方式调度运行结果为：线程2：剩余车票0线程1：剩余车票-1这个结果明显不合理，剩余车票出现了负数，说明车票卖光了以后又卖出了一张车票。

所以我们可以看到，调度策略的不同可能会导致多线程运行结果的不同。Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青现在我们来模拟一下这种情况，线程在某一个时刻被剥夺了运行权，在某一时刻又恢复了运行。将前面的代码略微修改如图所示。我们在判断剩余票数大于零之后插入了一条语句：Thread.currentThread().sleep(100);这条语句的功能是线程休眠100毫秒，意思是线程放弃CPU，100毫秒后回到就绪状态等待调度重新进入运行状态。这实际上是模拟了该线程在这一时刻被剥夺运行权的情况。Java多线程的临界资源Java多线程的临界资源人生之路是漫长的，但紧要处只有几步，尤其当人年轻的时候。

——柳青我们来看一下运行结果，如下图所示。出现问题了，剩余车票数为-1，多卖出去了一张票！Java多线程的临界资源学习指导临界资源为了进一步解释这个现象，我们引入一个新的术语：临界资源。多个线程间共享的数据称为临界资源。由于是线程调度器负责线程的调度，程序员无法精确控制多线程的交替顺序。这种情况下，多线程对临界资源的访问有时会导致数据的不一致。学习指导对于这个例子来讲，剩余车票数就是两个线程都要访问的临界资源。当还剩最后一张票的时候，假设线程1获得运行权，此时首先判断剩余票数是否为0，不为0则执行票数减1操作。然而如果在减1操作执行之前，CPU使用权因某种原因转到了线程2，因为线程1的减1操作还没有执行，所以线程2所看到的票数也不为0，所以线程2会将总票数减1，此时总票数已经为0。线程2运行结束后，CPU使用权回到线程1，此时线程1继续前面的操作，将总票数减1，然而此时总票数已经被线程2减为0，所以线程1操作