Java中的线程同步问题：锁、条件变量以及死锁的理解与实践案例

原创柔光的暖阳◎ 2024-12-13 21:42 14阅读 0赞

在Java中，线程同步主要依赖于以下三个关键元素：

1. 锁（Lock）：
   - Java中提供了内置的`Lock`接口，包括了`ReentrantLock`等具体实现。
   - 使用锁进行同步的关键是获得锁（acquire）、释放锁（release），以及检查锁状态（isHeldByCurrentThread）。

2. 条件变量（Condition Variable）：
   - Java中每个锁都有一个相应的条件变量，它们一起用来实现基于条件的线程同步。
   - 当某个线程满足特定条件时，它可以调用`conditionVariable.signal()`来唤醒等待的其他线程；如果条件不满足，则可以调用`conditionVariable.await(long timeout, TimeUnit unit))`来阻塞当前线程直至满足条件。

3. 死锁（Deadlock）：
   - 死锁是指两个或多个并发执行的线程，因相互等待对方释放资源而造成的一种状态。
   - 为了避免死锁，通常会遵循以下原则：
     - 当前事务应尽可能早地获取需要的所有资源；
     - 确保资源的顺序分配：即先申请的资源应该先被释放；
     - 为资源设定超时限制：如果线程等待某个资源超过预设时间，该线程将会自动放弃并进行重试。

实践案例：
假设一个银行系统，其中有一个存款服务，每个存款账户都有一个存款金额和一个存款状态（例如：'pending'、'confirmed'）。

当一个存款账户状态为'pending'时，另一个存款账户可能会来请求这个账户的存款信息。此时，两个线程需要进行同步以避免数据冲突。

我们可以使用`ReentrantLock`对关键资源（如存款账户的状态）进行锁定和解锁操作，并使用条件变量来实现线程间的通信和等待。

```java
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.concurrent.Condition;

public class BankSystem {
    private final ReentrantLock depositLock = new ReentrantLock();
    private final Condition readyCondition = depositLock.newCondition();

// 存款服务，需要获取锁来操作
    public void deposit(String accountId, double amount) throws InterruptedException {
        depositLock.lock(); // 获取锁

try {
            // 检查存款账户状态是否为'pending'
            if (!accountState(accountId), "pending")) {
                throw new IllegalStateException("Account state is not 'pending'.");
            }

// 更新账户状态并同步条件变量
            accountState(accountId), "confirmed", () -> readyCondition.signal());

// 存款成功，释放锁
            depositLock.unlock(); // 释放锁
        } catch (Exception e) {
            depositLock.unlock(); // 无论异常原因如何，都先解锁锁

// 异常处理后，向线程报告异常并等待其结束
            readyCondition.signalAll();
            throw e;
        }
    }

// 获取存款账户状态方法，返回一个枚举值
    private Enum(accountState, String accountId)) accountState(String accountId) {
        // 在此处模拟从数据库或者其他存储方式获取账户状态的逻辑
        // 假设返回值为'pending', 'confirmed'等

return Enum.valueOf(accountState.class, "pending")); // 临时示例，实际逻辑应根据实际情况实现
    }
}
```
这个案例展示了如何使用`ReentrantLock`和`ConditionVariable`来避免Java中的线程同步问题。