非同步 i++ 是否重叠？

Question

试图获得 Java 多线程基础知识我遇到了一个我无法理解的案例。 社区，请分享您的经验为什么会这样：我有一个 Runnable：

class ImproperStateWorker implements Runnable {
    private int val = 0;
    @Override
    public void run() {
        //Where are missing ticks?
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    val++;
                    Thread.yield();
                    val++;
        }
        showDataState();
    }

    public void showDataState() {
        System.out.print(Thread.currentThread() + " ; ");
        System.out.println(val);
    }
}

这是通过以下方式启动的：

public class ImproperState {
public static void main(String[] args) {
    ImproperStateWorker worker = new ImproperStateWorker();
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        Thread thread = new Thread(worker);
        thread.start();
    }
}

}

我知道这个想法是通过使用synchronized() {...}等使两个增量操作成为原子操作。 但我对以下内容感到困惑：为什么运行这两个 Runnables（不同步）不会产生 4000（每个任务 1000 x 2 增量）的一致结果？ 不管上下文如何在两个任务之间切换，我希望这些任务每个都执行 2000 个增量，我不在乎顺序是什么。

然而，程序 output 给出了大约 3.5K。 我能想到的唯一想法是出现“缺失”增量，因为其中一些是同时产生的，因此从两个线程调用的val++实际上将值增加了 1。但这是一个非常模糊的假设。 感谢您分享您的体验。

Answer 1

您的代码中有竞争条件。 考虑以下可能的交错：

1. 线程 1 ：读取val → 0
2. 线程 1 ：增量0 → 1
3. 线程 1 ：写入val ← 1
4. 线程 1 ：读取val → 1
5. 线程 1 ：增量1 → 2
6. 线程 1 ：写入val ← 2
7. 线程 2 ：读取val → 2
8. 线程 2 ：增量2 → 3
9. 线程 2 ：写入val ← 3
10. 线程 2 ：读取val → 3
11. 线程 2 ：增量3 → 4
12. 线程 2 ：写入val ← 4
13. 结束 State： val == 4

一切都很好。 但是，考虑这种同样可能的交错：

1. 线程 1 ：读取val → 0
2. 线程 2 ：读取val → 0
3. 线程 1 ：增量0 → 1
4. 线程 2 ：增量0 → 1
5. 线程 1 ：写入val ← 1
6. 线程 2 ：写入val ← 1
7. 线程 1 ：读取val → 1
8. 线程 2 ：读取val → 1
9. 线程 1 ：增量1 → 2
10. 线程 2 ：增量1 → 2
11. 线程 1 ：写入val ← 2
12. 线程 2 ：写入val ← 2
13. 结束 State： val == 2

哎呀！

在您的问题中编写的代码中，结果可以是2000到4000之间的任何值。

解决此问题的一种方法是将AtomicInteger与AtomicInteger.getAndIncrement()或AtomicInteger.incrementAndGet()一起使用（在您的情况下，忽略返回值并不重要；后缀val++的正确等效项是val.getAndIncrement() ) 代替，像这样（你只需要改变三个地方，不包括import 。）：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

class FixedStateWorker implements Runnable {
    private AtomicInteger val = new AtomicInteger();
    //      ↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑       ↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            val.getAndIncrement();
            //  ↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑
            Thread.yield();
            val.getAndIncrement();
            //  ↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑
        }
        showDataState();
    }
}

Answer 2

你有两个相互作用的问题。 一个是已经提到的竞争条件，另一个是共享变量更改线程之间缺乏可见性。 您必须使用一些并发习语来解决这两种情况。