java多线程中的线程安全

Question

我找到了关于线程安全性的代码，但没有给出示例的人的任何解释。我想理解为什么如果我不在“count”之前设置“synchronized”变量，那么计数值将是非原子的（始终=200是期望的结果）。谢谢

    public class Example {

     private static int count = 0;

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    for (int i = 0; i < 100; i++) {
                       //add synchronized
                        synchronized (Example.class){
                        count++;
                    }
                }
            }).start();
        }

        try{
            Thread.sleep(2000);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(count);
    }
      }

Answer 1

++不是原子的

count++操作不是原子操作。这意味着这不是一次单独的行动。{}实际上是三个操作：加载、增量、存储

首先，变量中存储的值被加载（复制）到CPU核心的寄存器中

第二，核心寄存器中的值是递增的

第三也是最后一点，新的递增值从核心寄存器写入（复制）到内存中变量的内容。然后，内核的寄存器可以自由地为其他工作分配其他值

两个或多个线程完全有可能读取变量的相同值，例如42。然后，这些线程中的每一个都将继续将该值增加到相同的新值43。然后，它们将各自向同一个变量写回43，无意中反复存储43

添加synchronized可以消除这种竞争条件。当第一个线程获得锁时，第二个和第三个线程必须等待。因此，第一个线程保证能够单独读取、递增和写入新值，从42到43。完成后，该方法退出，从而释放锁。争夺锁的第二个线程获得了许可，获得了锁，并且能够在不受干扰的情况下读取、递增和写入新值44。等等，线程安全

另一个问题是可见性

然而，这个代码仍然被破坏

这段代码存在可见性问题，不同的线程可能会读取缓存中保存的过时值。但这是另一个话题。搜索以了解有关volatile关键字、AtomicInteger类和Java内存模型的更多信息

Answer 2

I would like to understand why if I don't set the "synchronized" variable before "count" that the count value will be non-atomic.

简单的回答是：因为JLS这么说

如果不使用synchronized（或volatile或类似的东西），那么Java语言规范（JLS）不能保证主线程将看到子线程写入count的值

这在JLS的Java内存模型部分有详细说明。但是规格非常技术化

^{简化的版本是，如果在连接写入和读取的（HB）关系之前没有发生，则不能保证读取变量时看到之前写入的值。然后有一系列规则说明何时存在HB关系。其中一条规则是，释放互斥锁的线程与获取互斥锁的不同线程之间存在HB}

另一种直观（但不完整且技术上不准确）的解释是count的最新值可能会缓存在寄存器或芯片组的内存缓存中。synchronized构造将值刷新为内存

^{这是一个不准确的解释，因为JLS没有提到任何关于寄存器、缓存等的内容。相反，内存可见性保证了JLS指定的通常由Java编译器实现，该编译器插入指令，将寄存器写入内存、刷新缓存、或硬件平台所需的任何内容}

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另一点需要注意的是，这并不是关于count++是原子还是不是¹。它是关于对count的更改的结果是否对其他线程可见

^{1-它不是原子的，但是对于原子操作，你会得到与简单赋值相同的效果}

Answer 3

让我们通过一个华尔街的例子回到基本面

比方说，你（打T1）和你的朋友（打T2）决定在华尔街的一家咖啡馆见面。你们俩是同时开始的，比如说从华尔街的南端开始（尽管你们不是一起走的）。你们在人行道的一边醒来，你们的朋友在华尔街人行道的另一边走，你们都往北走（方向相同）

现在，假设你来到一家咖啡馆前，你以为这就是你和你朋友决定见面的咖啡馆，所以你走进咖啡馆，点了一杯冷咖啡，开始一边等一边啜饮

但是，在路的另一边，类似的事情发生了，你的朋友遇到一家咖啡店，点了一块热巧克力，正在等你

过了一会儿，你们都决定另一个人不来了，放弃了会面的计划

你们都错过了目的地和时间。为什么会这样？不用说，但是，因为你没有决定确切的地点

密码

synchronized(Example.class){
 counter++;
}

解决你和你朋友刚刚遇到的问题

从技术上讲，操作计数器++实际上分三步进行

Step 1: Read the value of counter (lets say 1)
Step 2: Add 1 in to the value of counter variable.
Step 3: Write the value of the variable counter back to memory.

如果两个线程同时处理计数器变量，计数器的最终值将是不确定的。例如，Thread1可以将计数器的值读取为1，同时thread2可以将变量的值读取为1。两个线程最后都将计数器的值增加到2。这被称为竞赛条件

为了避免这个问题，操作计数器++必须是原子的。要使其原子化，需要同步线程的执行。每个线程都应该以有组织的方式修改计数器

我建议您在实践中阅读Java并发这本书，每个开发人员都应该阅读这本书