java - 非同步i++是否重叠？

Question

在尝试了解 Java 多线程基础知识时，我遇到了一个我无法理解的情况。社区，请分享您的经验为什么会发生这种情况:我有一个可运行的:

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);
    }
}

通过以下方式启动:

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();
    }
}

}

我理解这个想法是通过使用 synchronized() {...} 等使两个增量操作原子化。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 的一致结果(每个任务 1000 x 2 增量)？无论两个任务之间的上下文如何切换，我预计每个任务将执行 2000 个增量，我不在乎顺序是什么。

但是，程序输出给出约 3.5K。我能想到的唯一想法是，出现“缺失”增量是因为其中一些增量是同时进行的，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。感谢您分享您的经验。

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:递增 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. 结束状态:val == 4

一切都很好。但是，请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:递增 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. 结束状态:val == 2

哎呀!

在您的问题中编写的代码中，结果可以是 2000 和 4000 之间的任何。

解决此问题的一种方法是使用 AtomicInteger与 AtomicInteger.getAndIncrement()或AtomicInteger.incrementAndGet() (在您的情况下，哪个并不重要，因为您忽略了返回值；后缀 val++ 的正确等效项将是 val.getAndIncrement())，如下所示 (你只需要改变三个地方，不包括导入。):

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();
    }
}