Java進(jìn)階（6）——搶購(gòu)問(wèn)題中的數(shù)據(jù)不安全（非原子性問(wèn)題）& Java中的synchronize和ReentrantLock鎖使用 & 死鎖及其產(chǎn)生的條件

這篇具有很好參考價(jià)值的文章主要介紹了Java進(jìn)階（6）——搶購(gòu)問(wèn)題中的數(shù)據(jù)不安全（非原子性問(wèn)題）& Java中的synchronize和ReentrantLock鎖使用 & 死鎖及其產(chǎn)生的條件。希望對(duì)大家有所幫助。如果存在錯(cuò)誤或未考慮完全的地方，請(qǐng)大家不吝賜教，您也可以點(diǎn)擊"舉報(bào)違法"按鈕提交疑問(wèn)。

引出

1.大量請(qǐng)求擁擠搶購(gòu)中的數(shù)據(jù)不安全問(wèn)題；
2.事務(wù)ACID：原子性（Atomicity）一致性（Consistency）隔離性（Isolation）持久性（Durability）;
3.線程安全特征：原子性（Atomicity）可見(jiàn)性（Visibility）有序性（Ordering）；
4.java中的鎖初步，synchronize鎖和ReentrantLock鎖使用初步；
5.濫用鎖的問(wèn)題，以及產(chǎn)生死鎖的條件；

場(chǎng)景：大量請(qǐng)求擁擠搶購(gòu)

Java進(jìn)階（6）——搶購(gòu)問(wèn)題中的數(shù)據(jù)不安全（非原子性問(wèn)題）& Java中的synchronize和ReentrantLock鎖使用 & 死鎖及其產(chǎn)生的條件,Java,java,安全,開(kāi)發(fā)語(yǔ)言

package com.tianju.redis.service.impl;

import com.tianju.redis.service.IRushGoodsService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class RushGoodsServiceImpl implements IRushGoodsService {

    @Autowired
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    private final String GOODS = "goods";

    @Override
    public String rush() {
        String sNum = stringRedisTemplate.opsForValue().get(GOODS);
        int nums = Integer.parseInt(sNum);
        if (nums>0){
            stringRedisTemplate.opsForValue().set(GOODS, String.valueOf(--nums) );
            return stringRedisTemplate.opsForValue().get(GOODS);
        }else {
            return "error";
        }
    }
}

    @PutMapping("/rushJmeter")
    public void rushJmeter(){
        String goodsNum = rushGoodsService.rush();
        System.out.println("goodsNum: "+goodsNum);
    }

事務(wù)的基本特征ACID

事務(wù)是指一組操作被視為一個(gè)不可分割的工作單元，要么全部執(zhí)行成功，要么全部不執(zhí)行。事務(wù)具有以下四個(gè)基本特征，通常被稱為ACID特性：

原子性（Atomicity）：事務(wù)是一個(gè)原子操作，要么全部執(zhí)行成功，要么全部不執(zhí)行。如果事務(wù)中的任何一個(gè)操作失敗，整個(gè)事務(wù)將被回滾到初始狀態(tài)，不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)生任何影響。
一致性（Consistency）：事務(wù)在執(zhí)行前和執(zhí)行后，數(shù)據(jù)庫(kù)的狀態(tài)必須保持一致。這意味著事務(wù)中的操作必須滿足數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性約束，包括唯一性約束、外鍵約束等。
隔離性（Isolation）：事務(wù)的執(zhí)行是相互隔離的，一個(gè)事務(wù)的操作不會(huì)被其他事務(wù)所干擾。隔離性確保了并發(fā)執(zhí)行的事務(wù)之間不會(huì)產(chǎn)生不一致的結(jié)果。
持久性（Durability）：一旦事務(wù)提交成功，其所做的修改將永久保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，即使系統(tǒng)發(fā)生故障或重啟，修改的結(jié)果也不會(huì)丟失。

這些特性確保了事務(wù)的可靠性和一致性。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)通過(guò)使用日志和鎖等機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)事務(wù)的特性。在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序時(shí)，需要考慮事務(wù)的邊界和正確使用事務(wù)來(lái)保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性

線程安全的基本特征

線程安全是指在多線程環(huán)境下，對(duì)共享資源的訪問(wèn)和操作不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致或產(chǎn)生不可預(yù)期的結(jié)果。線程安全的基本特征包括：

原子性（Atomicity）：對(duì)共享資源的操作要么全部執(zhí)行成功，要么全部不執(zhí)行，不存在中間狀態(tài)。即使在多線程環(huán)境下，也能保證操作的完整性。簡(jiǎn)單說(shuō)就是相關(guān)操作不會(huì)中途被其他線程干擾，一般通過(guò)同步機(jī)制實(shí)現(xiàn)
可見(jiàn)性（Visibility）：一個(gè)線程對(duì)共享資源的修改對(duì)其他線程是可見(jiàn)的。當(dāng)一個(gè)線程修改了共享資源的值后，其他線程能夠立即看到最新的值?？梢?jiàn)性，是一個(gè)線程修改了某個(gè)共享變量，其狀態(tài)能夠立即被其他線程知曉，通常被解釋為將線程本地狀態(tài)反映到主內(nèi)存上，volatile就是負(fù)責(zé)保證可見(jiàn)性的。
有序性（Ordering）：線程的執(zhí)行順序與程序的代碼順序一致。即使在多線程環(huán)境下，也能保證操作按照預(yù)期的順序執(zhí)行。是保證線程內(nèi)串行語(yǔ)義，避免指令重排等。

Java進(jìn)階（6）——搶購(gòu)問(wèn)題中的數(shù)據(jù)不安全（非原子性問(wèn)題）& Java中的synchronize和ReentrantLock鎖使用 & 死鎖及其產(chǎn)生的條件,Java,java,安全,開(kāi)發(fā)語(yǔ)言
解決辦法

使用互斥鎖（Mutex）或信號(hào)量（Semaphore）等同步機(jī)制，確保在同一時(shí)間只有一個(gè)線程能夠訪問(wèn)共享資源。
使用原子操作（Atomic Operation）來(lái)保證對(duì)共享資源的操作是原子的，不會(huì)被其他線程中斷。
使用volatile關(guān)鍵字來(lái)保證共享變量的可見(jiàn)性，確保一個(gè)線程對(duì)共享變量的修改對(duì)其他線程是可見(jiàn)的。
使用線程安全的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或類，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或類已經(jīng)在設(shè)計(jì)上考慮了多線程環(huán)境下的安全性。

加鎖(java)

synchronized鎖

可重入鎖： sychronized ReentrantLock

synchronized (this.getClass()){}

ReentrantLock鎖

private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 可重入鎖

什么是可重入鎖？

當(dāng)線程獲取某個(gè)鎖后，還可以繼續(xù)獲取它，可以遞歸調(diào)用，而不會(huì)發(fā)生死鎖；

如何保證可重入

當(dāng)一個(gè)線程訪問(wèn)同步塊并獲取鎖時(shí)，會(huì)在對(duì)象頭和棧幀中的鎖記錄里存儲(chǔ)偏向的線程ID，以后該線程在進(jìn)入和退出同步塊時(shí)不需要進(jìn)行CAS操作來(lái)加鎖和解鎖，只需簡(jiǎn)單測(cè)試一下對(duì)象頭的Mark Word里是否存儲(chǔ)著指向當(dāng)前線程的偏向鎖。

如果測(cè)試成功，表示線程已經(jīng)獲得了鎖。
如果測(cè)試失敗，則需要再測(cè)試一下Mark Word中偏向鎖標(biāo)志是否設(shè)置成1：沒(méi)有則CAS競(jìng)爭(zhēng)；設(shè)置了，則CAS將對(duì)象頭偏向鎖指向當(dāng)前線程。再維護(hù)一個(gè)計(jì)數(shù)器，同個(gè)線程進(jìn)入則自增1，離開(kāi)再減1，直到為0才能釋放

濫用鎖的代價(jià)？（死鎖）

死鎖的四個(gè)必要條件

循環(huán) A —> B —>C —>A

產(chǎn)生死鎖的必要條件是以下四個(gè)條件同時(shí)滿足：

互斥條件（Mutual Exclusion）：至少有一個(gè)資源被一個(gè)進(jìn)程獨(dú)占使用，即在一段時(shí)間內(nèi)只能由一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)。
請(qǐng)求與保持條件（Hold and Wait）：一個(gè)進(jìn)程在持有至少一個(gè)資源的同時(shí)，又請(qǐng)求獲取其他進(jìn)程持有的資源。
不可剝奪條件（No Preemption）：資源只能由持有者顯式地釋放，其他進(jìn)程無(wú)法強(qiáng)制剝奪。
循環(huán)等待條件（Circular Wait）：存在一個(gè)進(jìn)程資源的循環(huán)鏈，每個(gè)進(jìn)程都在等待下一個(gè)進(jìn)程所持有的資源。

當(dāng)這四個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，就可能發(fā)生死鎖。如果任何一個(gè)條件不滿足，就不會(huì)發(fā)生死鎖。

死鎖是多線程或多進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行時(shí)的一種常見(jiàn)問(wèn)題，它會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行下去，需要通過(guò)死鎖檢測(cè)、死鎖預(yù)防、死鎖避免或死鎖解除等方法來(lái)處理。

死鎖的案例

可能導(dǎo)致死鎖

鎖對(duì)象ObjLock

package com.tianju.redis.lock;

public class ObjLock {
    private String name;

    public ObjLock(String name){
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "ObjLock："+this.name;
    }
}

加鎖釋放鎖方法DeadLockDemo

package com.tianju.redis.lock;

public class DeadLockDemo {

    private ObjLock a;
    public ObjLock b;

    public DeadLockDemo(ObjLock a,ObjLock b){
        this.a = a;
        this.b = b;
    }

    public void dead(){
        System.out.println("********"+a+"對(duì)象"+b+"對(duì)象都加鎖**************");
        System.out.println(a+"--"+b+": "+"準(zhǔn)備給"+a+"對(duì)象加鎖>>");
        synchronized (a){
            System.out.println(a+"--"+b+": "+a+"對(duì)象加鎖成功...");
            System.out.println(a+"--"+b+": "+"準(zhǔn)備給"+b+"對(duì)象加鎖>>>");
            synchronized (b){
                System.out.println(a+"--"+b+": "+b+"對(duì)象加鎖成功");
            }
            System.out.println(a+"--"+b+": "+"釋放"+b+"對(duì)象的鎖");
        }
        System.out.println(a+"--"+b+": "+"釋放"+b+"對(duì)象的鎖");
        System.out.println("****************");
    }
}

測(cè)試方法

package com.tianju.redis.lock;

public class TestDeadLock {

    /**
     * 一個(gè)一個(gè)順序運(yùn)行
     */
    public static void run(){
        ObjLock a = new ObjLock("A");
        ObjLock b = new ObjLock("B");
        ObjLock c = new ObjLock("C");

        DeadLockDemo lockDemo1 = new DeadLockDemo(a, b);
        lockDemo1.dead(); // 鎖住a和b

        DeadLockDemo lockDemo2 = new DeadLockDemo(b, c);
        lockDemo2.dead(); // 鎖住a和b

        DeadLockDemo lockDemo3 = new DeadLockDemo(c, a);
        lockDemo3.dead(); // 鎖住a和b
    }

    /**
     * 進(jìn)行線程搶，死鎖
     */
    public static void rushRun(){
        ObjLock a = new ObjLock("A");
        ObjLock b = new ObjLock("B");
        ObjLock c = new ObjLock("C");

        new Thread(()->{
            DeadLockDemo lockDemo1 = new DeadLockDemo(a, b);
            lockDemo1.dead(); // 鎖住a和b
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }).start();

        new Thread(()->{
            DeadLockDemo lockDemo2 = new DeadLockDemo(b, c);
            lockDemo2.dead(); // 鎖住a和b
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }).start();

        new Thread(()->{
            DeadLockDemo lockDemo3 = new DeadLockDemo(c, a);
            lockDemo3.dead(); // 鎖住a和b
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }).start();
    }


    public static void main(String[] args) {
//        run(); // 順序執(zhí)行加鎖，解鎖
        rushRun(); // 線程進(jìn)行搶
    }
}

總結(jié)

到了這里，關(guān)于Java進(jìn)階（6）——搶購(gòu)問(wèn)題中的數(shù)據(jù)不安全（非原子性問(wèn)題）& Java中的synchronize和ReentrantLock鎖使用 & 死鎖及其產(chǎn)生的條件的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！