多线程 - 技术栈

1. 背景引入

场景问题：

"假设一个景区售票系统，总票数100张，10个窗口同时售票。如果每个窗口的售票代码直接执行tickets--，最终会卖出多少张票？"

互动提问：

"可能出现超卖（卖出超过100张）吗？为什么？"
"如何保证每个窗口看到的剩余票数是真实的？"

2. 基础知识讲解

（1）线程的创建方式（代码对比）

java

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scala 复制代码

// 方式1：继承Thread类（不推荐，Java单继承限制）
class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Thread running");
    }
}
new MyThread().start();

// 方式2：实现Runnable接口（推荐）
Runnable task = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Runnable running");
    }
};
new Thread(task).start();

// 方式3：Lambda表达式（Java8+简化）
new Thread(() -> System.out.println("Lambda thread")).start();

（2）线程生命周期（图示+说明）

plaintext

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scss 复制代码

新建(New) → 就绪(Runnable) → 运行(Running) → 阻塞(Blocked) → 终止(Terminated)

关键状态转换：
- start()触发就绪，由JVM调度进入运行。
- sleep()/wait()进入阻塞，notify()/interrupt()恢复就绪。

（3）线程安全问题的根源

竞态条件 ：多个线程对共享资源的非原子操作（如tickets--）。
内存可见性：线程本地缓存导致数据更新不同步。

java

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ini 复制代码

// tickets--的非原子性分解步骤：
int temp = tickets;  // Step1: 读取共享变量
temp = temp - 1;     // Step2: 修改临时变量
tickets = temp;      // Step3: 写回共享变量

3. 案例演示：景区售票问题

（1）问题复现（未同步版本）

java

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csharp 复制代码

class TicketSystem {
    private int tickets = 100;

    public void sellTicket() {
        while (tickets > 0) {
            try {
                Thread.sleep(10); // 模拟网络延迟
            } catch (InterruptedException e) {}
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售出第" + tickets-- + "张票");
        }
    }
}

public static void main(String[] args) {
    TicketSystem system = new TicketSystem();
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        new Thread(system::sellTicket, "窗口" + i).start();
    }
}
// 运行结果：可能输出"售出第0张票"或重复票号

（2）解决方案1：synchronized同步方法

java

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arduino 复制代码

public synchronized void sellTicket() { ... } // 锁对象为this

（3）解决方案2：显式Lock锁（更灵活）

java

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java 复制代码

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

class TicketSystem {
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    
    public void sellTicket() {
        lock.lock();
        try {
            // 临界区代码
        } finally {
            lock.unlock(); // 确保锁释放
        }
    }
}

（4）解决方案3：volatile（仅解决可见性，不解决原子性）

java

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arduino 复制代码

private volatile int tickets = 100; 
// 仅适用于单一写操作场景（如状态标志位），不能替代锁！

4. 学员练习

任务：修改以下计数器代码，保证多线程下count最终值为10000。

java

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csharp 复制代码

class UnsafeCounter {
    private int count = 0;
    public void add() { count++; }
}

// 创建10个线程，每个线程调用add()1000次

提示：

可选方案：synchronized方法、ReentrantLock、AtomicInteger。

5. 课后作业

基础题：用两种线程创建方式实现"交替打印A/B"，如A1→B1→A2→B2...
提高题：通过wait()/notify()实现生产者-消费者模型（缓冲区容量为5）。