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3、共享模型之管程 -- 3.1、共享带来的问题

Java 更新时间: 发布时间: IT归档 最新发布 模块sitemap 名妆网 法律咨询 聚返吧 英语巴士网 伯小乐 网商动力

3、共享模型之管程 -- 3.1、共享带来的问题

1、共享带来的问题 小故事

老王(操作系统)有一个功能强大的算盘(CPU),现在想把它租出去,赚一点外快小南、小女(线程)来使用这个算盘进行一些计算,并按照时间给老王支付费用但小南不能一天24小事使用算盘,他经常要小憩一会儿(sleep),又或者是去吃饭上厕所(阻塞io操作),有时还需要一根烟,没烟的时候思绪全无(wait),这些情况称为阻塞在这些时候,算盘没有利用起来(不能收钱了),老王觉得有点不划算另外,小女也想用用算盘,如果总是让小南占着算盘,小女觉得不公平于是,老王灵机一动,想了个办法[让他们每个人用一会,轮流着使用算盘]这样,小南阻塞的时候,算盘可以分给小女使用,反之亦然最近执行的计算比较复杂,需要存储一些中间结果,而学生们的脑容量(工作内存)不够,所以老王申请了一个笔记本(主内存),把一些中间结果先记在本上计算流程是这样的但是由于分时系统,有一天还是发生了事故小南刚读取到初始值0做了个+1运算,还没来得及写会结果老王说[小南,你的时间到了,该别人了,记住结果走吧],于是小南念叨着[结果是1,结果是1…],不甘心的到一边待着去了(上下文切换)老王说[小女,该你了],小女看到笔记本上还写着0做了个-1运算,将结果-1写入笔记本这时小女的时间也用完了,老王又叫醒了小南[小南,把你上次的题目算完吧],小南将他脑中的结果1写入了笔记本小南和小女都觉得自己没做错,单笔记本里的结果是1而不是0 Java的体现

两个线程对初始值为0的静态变量一个做自增,一个做自建,各做5000次,结果是0吗?

    static int counter = 0;

    static final int times = 5000;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < times; i++) {
                counter++;
            }
        }, "t1");

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < times; i++) {
                counter--;
            }
        }, "t2");
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        log.debug("结果:{}", counter);
    }

输出

2022/03/04-00:15:33.287 [main] c.Test1 - 结果:332

问题分析
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。
例如对于i++而言(i为静态变量),事假会产生如下的JVM字节码指令:

getstatic i // 获取静态变量i的值
iconst_1 // 准备常量1
iadd // 自增
putstatic i // 将修改后的值存入静态变量i

而对应i--也是类似的:

getstatic i // 获取静态变量i的值
iconst_1 // 准备常量1
isub // 自减
putstatic i // 将修改后的值存入静态变量i

Java的内存模型如下,完成静态变量的自增、自减需要在主内存和工作内存中进行数据交换(这块会在别的章节进行叙述):

如果单线程,以上8行代码是顺序执行(不会交错)没有问题:

但多线程下这8航大吗可能交错运行:
出现负数的情况:

出现正数的情况:

临界区 Critical Section

一个程序运行多个线程本身是没有偶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 一段代码内如果存在对共享资源的多线程读写操作,称这段代码为临界区
例如,下面代码中的临界区

static int counter = 0;
static void increment() 
// 临界区
{
	counter++;
}
static void decrement() 
// 临界区
{
	counter--;
}
竞态条件 Race Condition

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,称之发生了竞态条件

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