多个线程多个锁：如何确保线程安全和避免竞争条件

目录

前言

一、确定需要多个锁的场景

1.独立资源保护

2.部分依赖资源

二、避免死锁

三、锁粒度与并发性能

1. 粗粒度锁定

2.细粒度锁定

四、设计策略：减少资源依赖

1.资源分离

2.无锁设计

3.锁合并

五、Demo讲解

总结：

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前言

        当多个线程需要操作共享资源时，为了确保数据的一致性和避免竞争条件，通常会使用多个锁来进行同步。这种情况下，如何正确使用多个锁成为一个复杂而关键的问题。下面是一篇十分详细的博客，介绍多线程多锁场景下的最佳实践和注意事项。

一、确定需要多个锁的场景

1.独立资源保护

• 定义：当不同的资源（例如文件、数据库连接等）由不同的锁保护时。
• 示例：一个线程需要读取文件A并写入文件B，而另一个线程读取文件B并写入文件A，这两个操作可以分别使用不同的锁。

2.部分依赖资源

• 定义：多个资源之间存在某种程度的依赖关系，但操作它们的线程可能不会同时访问所有资源。
• 示例：两个线程分别操作两个互相有数据交换的队列，可分别对两个队列加锁，但在交换数据时需要特别小心处理锁的顺序。

二、避免死锁

死锁是多线程编程中常见的问题，特别是在使用多个锁的情况下更容易发生。要避免死锁，可以采取以下策略：

• 按顺序获取锁：对多个资源使用相同的顺序获取锁，以避免循环等待。
• 设置超时时间：在获取锁的过程中设置超时时间，一段时间后未能获取到锁就放弃或重试。
• 使用高级同步工具：比如信号量（Semaphores）或条件变量（Condition Variables），它们提供了更灵活的同步机制，有助于避免死锁。

三、锁粒度与并发性能

1. 粗粒度锁定

• 优点：实现简单，易于理解和维护。
• 缺点：可能导致大量线程等待，从而降低并发性能。
• 示例：一个单一的大锁保护整个资源集合。

2.细粒度锁定

• 优点：提高并发性能，因为锁的范围缩小，减少了线程等待的概率。
• 缺点：实现复杂，需要更精细的设计和管理。
• 示例：为每个独立资源（或资源的部分）使用单独的小锁。

四、设计策略：减少资源依赖

1.资源分离

• 定义：尽量将共享资源划分为独立的部分，使得每个部分只需一个锁。
• 示例：将一个大型数据库拆分为多个独立的部分，每个部分由不同的线程和锁管理。

2.无锁设计

• 定义：通过无锁编程（如使用原子操作）来完全避免锁。
• 示例：使用Java的AtomicInteger类进行计数器操作。

3.锁合并

• 定义：在某些情况下，将多个锁合并为一个锁，以简化锁管理。
• 示例：如果两个资源总是一起被访问，可以用一个锁来保护它们。

五、Demo讲解

package com.ctb.demo;/*** 关键字synchronized取得的锁都是对象锁，而不是把一段代码（方法）当做锁* 所以代码中哪个线程先执行synchronized关键字的方法，哪个线程就持有该方法所属对象的锁（Lock），* * 在静态方法上加synchronized关键字，表示锁定.class类，类一级别的锁（独占.class类）* * @author biao** 2024年*/
public class MyThread2 {private int num =0;public synchronized void printNum(String tag) {try {if (tag.equals("a")) {num=100;System.out.println("tag a,set num over!");Thread.sleep(1000);}else {num = 200;System.out.println("tag b,set num over!");}System.out.println("tag" + tag + "," + "num" + num);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) {final MyThread2 m1 = new MyThread2();final MyThread2 m2 = new MyThread2();Thread t1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {m1.printNum("a");}});Thread t2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {m2.printNum("b");}});t1.start();t2.start();}}

结果：

package com.ctb.demo;/*** 关键字synchronized取得的锁都是对象锁，而不是把一段代码（方法）当做锁* 所以代码中哪个线程先执行synchronized关键字的方法，哪个线程就持有该方法所属对象的锁（Lock），* * 在静态方法上加synchronized关键字，表示锁定.class类，类一级别的锁（独占.class类）* * @author biao** 2024年2月28日-上午12:07:26*/
public class MyThread2 {private static int num =0;//	staticpublic static synchronized void printNum(String tag) {try {if (tag.equals("a")) {num=100;System.out.println("tag a,set num over!");Thread.sleep(1000);}else {num = 200;System.out.println("tag b,set num over!");}System.out.println("tag" + tag + "," + "num" + num);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) {final MyThread2 m1 = new MyThread2();final MyThread2 m2 = new MyThread2();Thread t1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {m1.printNum("a");}});Thread t2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {m2.printNum("b");}});t1.start();t2.start();}}

结果：

总结：

关键字synchronized取得的锁都是对象锁，而不是把一段代码（方法）当做锁

• 所以代码中哪个线程先执行synchronized关键字的方法，哪个线程就持有该方法所属对象的锁（Lock），

• 在静态方法上加synchronized关键字，表示锁定.class类，类一级别的锁（独占.class类）