JUC (5): Problems caused by sharing

Java代码示例

两个线程对初始值为 0 的静态变量一个做自增,一个做自减,各做 5000 次,结果是 0 吗？

static int counter = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    Thread t1 = new Thread(() -> {
    
        for (int i = 0; i < 5000; i++) {
    
            counter++;
        }
    }, "t1");
    Thread t2 = new Thread(() -> {
    
        for (int i = 0; i < 5000; i++) {
    
            counter--;
        }
    }, "t2");
    t1.start();
    t2.start();
    t1.join();
    t2.join();
    log.debug("{}",counter);
}

问题分析

以上的结果可能是正数、负数、零.为什么呢？因为 Java 中对静态变量的自增,自减并不是原子操作,要彻底理解,必须从字节码来进行分析

例如对于 i++ 而言（i 为静态变量）,实际会产生如下的 JVM 字节码指令：

getstatic i // 获取静态变量i的值
iconst_1 // 准备常量1
iadd // 自增
putstatic i // 将修改后的值存入静态变量i

而对应 i-- 也是类似：

getstatic i // 获取静态变量i的值
iconst_1 // 准备常量1
isub // 自减
putstatic i // 将修改后的值存入静态变量i

而 Java 的内存模型如下,完成静态变量的自增,自减需要在主存和工作内存中进行数据交换：

如果是单线程以上 8 行代码是顺序执行（不会交错）没有问题：

但多线程下这 8 行代码可能交错运行： 出现负数的情况：

出现正数的情况：

临界区 Critical Section

• 一个程序运行多个线程本身是没有问题的

• 问题出在多个线程访问共享资源

  • 多个线程读共享资源其实也没有问题

  • 在多个线程对共享资源读写操作时发生指令交错,就会出现问题

• 一段代码块内如果存在对共享资源的多线程读写操作,称这段代码块为临界区

static int counter = 0;
static void increment()
    // 临界区
{
    
    counter++;
}
static void decrement()
    // 临界区
{
    
    counter--;
}

竞态条件 Race Condition

多个线程在临界区内执行,由于代码的执行序列(字节码)不同而导致结果无法预测,称之为发生了竞态条件