java 多个线程共享变量如何存储

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mob64ca12f58d71 2024-09-08 06:11:22 ©著作权

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Java 多线程共享变量的存储与管理

在现代开发中，Java 的多线程编程已经成为提高应用程序性能的重要手段。然而，多个线程共享变量时，也会引发许多潜在的问题，比如数据不一致、死锁等。本文将介绍在 Java 中如何有效地管理和存储多个线程共享的变量，解决一个实际问题，并提供代码示例来帮助理解。

实际问题描述

想象一下，我们正在开发一个在线购物系统。系统中有多个用户同时在浏览商品和下订单，这个时候我们需要一个线程安全的方式来管理库存变动。假设系统有一个共有库存变量，它需要被多个线程共享和修改。

我们的目标是确保当一个线程在减少库存时，其他线程能得到正确的库存数，以避免出现超卖的情况。

线程安全管理策略

在 Java 中，有几种方式可以确保多个线程安全地访问共享变量：

使用 synchronized关键字：通过在方法或代码块上加锁，确保同一时间只有一个线程可以访问该代码。
使用 java.util.concurrent 包：这包含了许多线程安全的类，比如 AtomicInteger 和 ReentrantLock。

我们将采用 ReentrantLock，因为它提供了灵活的锁机制，可以控制进出的锁，避免死锁的问题。

树形代码示例

以下是一个简单的库存管理系统的实现示例，展示如何使用 ReentrantLock 来确保线程安全：

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

class Inventory {
    private int stock;
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    public Inventory(int initialStock) {
        this.stock = initialStock;
    }

    public void purchaseItem(int quantity) {
        lock.lock(); // 获取锁
        try {
            if (quantity <= stock) {
                stock -= quantity;
                System.out.println("Purchase successful: " + quantity + " items purchased.");
            } else {
                System.out.println("Purchase failed: Not enough stock available.");
            }
        } finally {
            lock.unlock(); // 释放锁
        }
    }

    public int getStock() {
        return stock;
    }
}

public class ShoppingCart {
    public static void main(String[] args) {
        Inventory inventory = new Inventory(10); // 初始化库存为10

        // 模拟多个线程进行购买请求
        Thread buyer1 = new Thread(() -> inventory.purchaseItem(7));
        Thread buyer2 = new Thread(() -> inventory.purchaseItem(5));
        Thread buyer3 = new Thread(() -> inventory.purchaseItem(2));

        buyer1.start();
        buyer2.start();
        buyer3.start();
    }
}

在以上代码中，我们定义了一个 Inventory 类，它使用 ReentrantLock 来同步对库存的访问。每当调用 purchaseItem 方法时，线程会尝试获取锁，以确保同一时刻只有一个线程能够修改库存。

序列图

为了更好地理解这个过程，我们可以用序列图展示线程之间的交互。以下是一个简单的序列图，显示购买请求的执行流程：

sequenceDiagram
    participant Buyer1 as Buyer 1
    participant Buyer2 as Buyer 2
    participant Buyer3 as Buyer 3
    participant Inventory as Inventory

    Buyer1 ->> Inventory: purchaseItem(7)
    Inventory -->> Buyer1: Lock acquired, stock updated
    Inventory -->> Buyer1: Purchase successful

    Buyer2 ->> Inventory: purchaseItem(5)
    Inventory -->> Buyer2: Lock acquired, not enough stock
    Inventory -->> Buyer2: Purchase failed

    Buyer3 ->> Inventory: purchaseItem(2)
    Inventory -->> Buyer3: Lock acquired, stock updated
    Inventory -->> Buyer3: Purchase successful