浅析体育赛事售票系统错票问题的对策研究

2022-01-15戈俊

体育科技文献通报 2022年1期

关键词：线程门票代码

戈俊

1 研究目的

现实生活中，体育赛事的售票一般是并发执行，要求多窗口同时进行售票任务。并且要保证售票顺利进行，不可以出现错票现象。如何通过多线程同步技术解决错票问题，是本研究的主要目的。

2 研究方法

2.1 文献资料法

根据研究内容和研究目的，查阅了近年来有关多线程技术等方面的专著、期刊、论文和资料，并对资料进行整理分析、筛选、归纳、概括。为写作提供依据，为后续研究提供了充足的理论支持。

2.2 实验法

通过Eclipse集成开发软件，建立JavaSE开源项目，通过创建包、接口、类、配置文件等方法，进行项目开发的基本配置，通过WindowBuilder插件，进行GUI可视化组件开发，使用多线程技术开发体育赛事售票系统，结合错票问题提出解决方案。

3 研究结果与分析

3.1 多线程技术的理论分析

3.1.1 进程与线程的关系分析

进程顾名思义是正在进行中的程序。当我们在执行一个程序时，程序启动后会在内存中开辟空间，这个被开辟的空间就是进程，进程是一个应用程序对应内存中的一片空间，等待程序运行完毕后，会将此片空间释放掉，硬盘是持久化存储，而内存是程序运行时临时存储的。线程是任意进程在内存中的执行路径，当进程开辟多个执行路径并同时操作多部分代码时，即开启多个线程任务。

3.1.2 多线程创建方式分析

创建线程目的是为了开启一条执行路径去运行指定的代码，和其他代码实现同时运行，而运行的指定代码就是这个执行路径的任务［1］。Java中Thread类用于描述线程，线程是需要任务，这个任务就通过Thread类中的run方法来体现，run方法就是封装自定义线程运行任务的函数［1］。run方法中定义的就是线程要运行的任务代码，开启线程是为了运行指定代码，所以只有继承Thread类并复写run方法，将运行的代码定义在run方法中即可［1］。

Oracle公司在定义Thread类时，先定义了一个私有的Runnable接口引用的全局变量［2］。定义一个带参构造函数，而构造函数的参数就是Runnable接口。通过参数传递，将局部变量的参数传递给全局变量。同时在Thread类的run方法中定义了如果全局变量不为空的话。就运行实现Runnable接口子类对象中的run方法［2］。Runnable接口的出现，仅仅是将线程任务进行了对象的封装。

3.1.3 多线程运行时内存管理分析

只要开启一条执行路径，栈内存中就随即存在了一条单独的执行路径，当程序运行时调用到了主方法，主线程即可被创建出来，主线程在顺序执行的过程中，会执行到继承自线程Thread对象的子类对象，通过关键字new线程对象时，即创建了新的线程。当主线程读到start方法时，在栈内存中开启了新的线程路径，在主线程中执行的内容是main方法中的内容，而新的线程路径中执行的则是继承自Thread线程对象被子类覆盖的run方法中的内容。每条线程在栈内存中都被分配了独立的空间。同时，主线程中调用的方法就在主线程中压栈弹栈，而run方法中调用的方法将在新开辟的路径中压栈弹栈，新开启的线程都是由Thread-加上数字来命名的。也就是说每个run方法中都有自己所属的栈区，run方法中定义的局部变量也都在各自的栈区run方法内［3］。一旦run方法内的所有任务执行完，该线程的run方法弹栈，该线程所分配的执行空间被释放。多线程程序运行时，即便主函数先运行完毕弹栈后，该程序的其他正在运行的线程依然存在，保证着程序的正常运行。

3.1.4 多线程执行的状态分析

当应用程序在执行时，CPU在多个执行线程中做着高速切换，这个切换是随机的。一旦线程处于运行状态时，CPU在对其进行处理将分两种状态：正在被处理表明该线程具备CPU的执行资格和执行权；在处理队列中排队表明该线程具备着CPU的执行资格［4］。当线程运行时执行到sleep方法或wait方法时就进入冻结状态，这是线程在释放执行权的同时释放了执行资格的过程。如果想让冻结的线程恢复到运行状态，可以等待设置的休眠时间times up或使用notify唤醒线程。当被冻结的线程被唤醒后将进入两种状态（运行状态／临时阻塞状态），处于临时阻塞状态的线程具备着执行资格，但是不具备执行权［5］。此时就看CPU有没有切到该线程上。当一个线程被创建后，通过start方法开启并运行该线程，如果线程任务结束后那就是消亡状态，通过stop方法也可以结束线程使线程进入消亡状态。

3.2 体育赛事售票系统错票问题产生及解决方式分析

3.2.1 建立售票对象时继承Thread出现严重错票现象

首先创建票的数量作为该类的全局变量，此时把票定义为100张。通过循环语句，可以执行售票方法。票务将进行递减操作，售完一张在票务的总数上递减一张。由于门票对象已经继承了线程对象，那么该门票就是线程对象，可以创建多个售票窗口的同时调用线程类中的run方法执行售票程序。此时系统将出现一个问题，4个线程分别都售出了100张门票，共计售出400张门票，出现了严重的错票现象。主要原因是每个对象创建，堆内存中都有个引用变量门票数ticketNumber，默认初始化为0，显示初始化为100。但在调用过程中，每个线程中间都有自己的run方法，而执行的时候每个run都有自己的对象所属。所以引用变量ticketNumber在各自对象中进行操作，于是4个线程操作了4个ticketNumber。

3.2.2 通过实现Runnable接口临时解决错票问题

出现错票现象以后，可以换一种思路，通过实现Runnable接口进行多线程的售票。这样将符合实现Runnable接口的优势，将线程任务进行独立的封装［2］。同时开启4个线程将售票任务作为参数传递给4个线程，4个线程将共同操作同一个任务，这样就不会出现错票现象。

很明显，4个线程同时在售卖100张票，此时并没有出现错票现象。但是这种情况真的不会出现错票现象吗？如果4个线程共同售卖同100张门票时，其中有一个线程临时处于了等待状态并没有及时售出门票。当该线程处于等待状态时，线程任务的执行权将被切换到其他线程身上。再次将执行权切回到本线程身上时，就有可能出现错票现象。这种现象，很容易出现在最后几张票的售卖过程中，往往会出现负数票现象。我们可以通过让线程休眠若干毫秒来模拟实现错票现象。如图1所示。

图1 让线程短暂休眠后的错票现象

3.2.3 实现Runnable接口后错票现象依然存在的原因分析

通过让线程休眠若干毫秒来模拟线程安全问题时，可以假设当门票已经售卖到最后一张，那么门票数ticketNumber就为1。而4个线程在争夺执行权的同时都进入了售票循环系统中，判断条件是ticketNumber只要大于0就可以继续进入If条件语句的执行体内，ticketNumber目前等于1已经满足If判断语句的条件，任何一个线程进入判断语句的执行体内，由于先执行到之前为了模拟票务系统出现错误的休眠语句，让该线程在if执行语句的执行体内休眠1000毫秒。与此同时，if执行体内的执行语句并未被执行，于是门票数ticketNumber并未得到改变。而当该线程处于休眠状态以后，释放了执行权。其他线程获取了执行权以后，将直接进入if语句的条件判断，由于ticketNumber仍然是大于0，所以该线程仍然可以进入if的执行体内。以此类推，每个线程进入if判断语句的执行体内，都会按照我们事先设定好的让线程休眠1000毫秒，让线程释放执行权。而当每个线程依次恢复执行状态时，都会进行ticketNumber减减的动作，这时就会出现错票现象。出现负票，因为ticketNumber分别被4个线程从1减到0，从0减到-1，从-1减到-2。

3.2.4 通过同步代码块或同步函数解决错票问题

当一个线程读到synchronized同步代码块时，该线程会判断并检查同步代码块中的参数锁对象是否存在［6］。如果存在将携带该锁进入同步内继续执行；如果不存在即便已获取执行权的线程也无法进入同步内，因为无法获取并持有同步锁对象。持有同步代码块参数对象的线程，即使在同步内休眠释放执行权，其他线程也无法持有对象锁，将无法进入同步内执行相应代码，只有当该线程执行完同步内所有代码，出同步代码块时，该线程会释放同步锁对象。这样其他线程才有可能持有该同步锁进入同步内，这样就避免了出现线程安全的问题。如图2所示。