如何使此 Java 代码正常运行？ [多线程，竞争条件]

Posted 2023-02-22

【中文标题】如何使此 Java 代码正常运行？ [多线程，竞争条件]

【英文标题】：How do I make this Java code operate properly? [Multi-threaded, race condition]

【发布时间】：2012-12-13 01:15:01

【问题描述】：

我从一个学生那里得到了这个代码，由于涉及x++ 和x-- 的竞争条件，它不能正常工作。他在run() 方法中添加了synchronized 以试图摆脱这个错误，但显然这只排除了线程在same 对象上输入run()（这在第一个从来不是问题place) 但不会阻止独立对象同时更新同一个静态变量x。

public class DataRace implements Runnable 
  static volatile int x;

  public synchronized void run() 
    for (int i = 0; i < 10000; i++) 
          x++;
          x--;
    
  

  public static void main(String[] args) throws Exception 
    Thread [] threads = new Thread[100];

    for (int i = 0; i < threads.length; i++)
        threads[i] = new Thread(new DataRace());
    for (int i = 0; i < threads.length; i++)
        threads[i].start();
    for (int i = 0; i < threads.length; i++)
        threads[i].join();

    System.out.println(x); // x not always 0!
  

由于我们无法在x 上同步（因为它是原始的），我能想到的最佳解决方案是创建一个新的静态对象，如static String lock = "";，并将x++ 和x-- 包含在@987654332 中@块，锁定lock。但这似乎真的很尴尬。有没有更好的办法？

【问题讨论】：

您需要同时或分别同步x++和x--这两个操作吗？顺便说一句，使用锁来解决这个问题似乎并不尴尬（至少对我来说不是）。

用AtomicInteger替换int或同步DataRace.class

..或者你可以使用“类对象”。即使用 DataRace.class 作为监视器

【参考方案1】：

使用AtomicInteger 做你想做的事，它明确表示对x 的操作是原子的。经过多次运行以下操作，我每次都得到0：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class DataRace implements Runnable 
    static volatile AtomicInteger x = new AtomicInteger(0);

    public void run() 
        for (int i = 0; i < 10000; i++) 
            x.incrementAndGet();
            x.decrementAndGet();
        
    

    public static void main(String[] args) throws Exception 
        Thread[] threads = new Thread[100];

        for (int i = 0; i < threads.length; i++)
            threads[i] = new Thread(new DataRace());
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)
            threads[i].start();
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)
            threads[i].join();

        System.out.println(x); // x **is now** always 0!
    

【讨论】：

你甚至不需要synchronized，因为直到最后你才看x。如果没有synchronized，您的意思是 JVM 可以随意散布方法调用——可以连续两次递增，然后递减两次。但这很好，因为只要增量的总数与减量的总数相同，并且只要每个增量/减量都是原子的（AtomicInteger 保证），最终总和仍将为 0。如果你想在每个循环结束时检查 0，然后你会 synchronized 在一些静态锁上。

@yshavit，你说得对，我会相应地更新我的答案。

@yshavit 他不需要synchronized，因为它只阻止了两个线程在同一个对象上执行（正如我在原始帖子中提到的）从未发生过： 100 个创建的对象中的每一个都由其自己的线程操作。你是对的，如果我们想在每个循环结束时打印x，我们需要另一个同步机制来确保 inc 和 dec 始终以原子对运行。

【参考方案2】：

AtomicInteger 就是你要找的东西。

【参考方案3】：

变量x 是静态的并且驻留在一个类中，因此对它的访问应该在该类上同步：要么创建一个静态方法，要么在DataRace.class 上使用同步块。