Java线程安全问题浅析

1.线程不安全现象

创建测试类和库存类如下，在测试类中启动两个线程，分别增加10000个库存和减少10000个库存。

public class Test {

	public static void main(String[] args) {
		Inventory inventory = new Inventory(0);

		Thread t1 = new Thread(() -> {
			for (int i = 0; i < 10000; i++) {
				inventory.increment();
			}
		}, "t1");

		Thread t2 = new Thread(() -> {
			for (int i = 0; i < 10000; i++) {
				inventory.decrement();
			}
		}, "t2");

		t1.start();
		t2.start();

		try {
			t1.join();
			t2.join();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			System.out.println("test result vaule:" + inventory.get());
		}
	}
}


class Inventory {
	private int count;

	public Inventory(int count) {
		this.count = count;
	}

	public void increment() {
		count++;
	}

	public void decrement() {
		count--;
	}

	public int get() {
		return count;
	}
}

程序运行预期结果应该是0，但实际结果可能出现0，正数，负数。

2.原因

使用javap查看Inventory.class对应的字节码，可以看到count++，由多个指令构成，如下：

getfield     //获得成员变量

iconst_1   //准备常量1

iadd         //执行加法操作

putfield    //将计算后的结果写回成员变量

count--类似，同样包含取值，准备常量1，执行减法，回写值这几个指令。

当多线程读写count值时候，可能情况如下(引用第三方图片，读者将图中i当作count即可)：

或者

这也就解释了上述代码执行结果为何会出现正数，负数。

3.解决方案

加锁，将increment，decrement操作上锁，当前线程未执行完释放锁，其他线程无法执行。

class Inventory1 {
	private int count;

	public Inventory1(int count) {
		this.count = count;
	}

	public synchronized void increment() {
		count++;
	}

	public synchronized void decrement() {
		count--;
	}

	public int get() {
		return count;
	}
}

CAS，每次写入之前检查count值是否被其他线程更新，如果已经更新，重新计算写入新值；如果未被更新，直接写入计算结果。

class Inventory2 {
	private AtomicInteger count;

	public Inventory2(int count) {
		this.count = new AtomicInteger(count);
	}

	public void increment() {
		// CAS
		while (true) {
			int prev = count.get();
			int next = prev + 1;
			if (count.compareAndSet(prev, next)) {
				break;
			}
		}

		// 可简写如下
		// count.getAndIncrement();
	}

	public void decrement() {
		// CAS
		while (true) {
			int prev = count.get();
			int next = prev - 1;
			if (count.compareAndSet(prev, next)) {
				break;
			}
		}

		// 可简写如下
		// count.getAndDecrement();
	}

	public int get() {
		return count.get();
	}
}