多线程学习篇三：共享带来的问题及解决方案

1. 共享带来的问题

1.1 案例演示

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？

@Slf4j(topic = "c.Sync01")
public class Sync01 {private static int COUNTER = 0;public static void increment() {COUNTER++;}public static void decrement() {COUNTER--;}public static void main(String[] args) throws Exception {Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 5000; i++) {increment();}}, "t1");Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 5000; i++) {decrement();}}, "t2");t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();log.info("COUNTER = {}", COUNTER);}
}

1.2 运行结果

1.2.1 结果为负

1.2.2 结果为正

1.2.3 结果为 0

2. 从字节码分析问题

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

2.1 increment 相关字节码

public static void increment();Code:0: getstatic     #2   // 获取静态变量COUNTER的值3: iconst_1           // 准备常量14: iadd               // 自增5: putstatic     #2   // 将修改后的值存入静态变量COUNTER8: return

2.2 decrement 相关字节码

public static void decrement();Code:0: getstatic     #2   // 获取静态变量COUNTER的值3: iconst_1           // 准备常量14: isub               // 自减5: putstatic     #2   // 将修改后的值存入静态变量COUNTER8: return

2.3 图示出现各种结果的原因

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：

2.3.1 出现负数的情况

2.3.2 出现正数的情况

3. 解决方案

3. 1 临界区

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

3. 2 竞态条件

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

3.3 解决方案

为了避免临界区的竞态条件发生，有多种手段可以达到目的

阻塞式的解决方案：synchronized，Lock
非阻塞式的解决方案：原子变量

本篇博文以 synchronized 关键字来演示

3.3.1 修改 increment、decrement 方法

@Slf4j(topic = "c.Sync01")
public class Sync01 {private static int COUNTER = 0;public synchronized static void increment() {COUNTER++;}public synchronized static void decrement() {COUNTER--;}public static void main(String[] args) throws Exception {Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 5000; i++) {increment();}}, "t1");Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 5000; i++) {decrement();}}, "t2");t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();log.info("COUNTER = {}", COUNTER);}}

这时候不管运行多少次，COUNTER 的值都为 0