线程如何共享创建它们的同一实例的字段变量？

Question

我想测试Runnable接口.创建实现接口Runnable的类的实例.然后由同一个实例创建三个线程.观察线程如何共享实例的字段变量. 两个问题:1.为什么两个结果不像"20,19,18 ...... 1,0"的顺序？2.为什么这两个结果彼此不同？(我运行代码两次.) 代码如下:

public class ThreadDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        TestThread tt = new TestThread();
        Thread t1 = new Thread(tt);
        Thread t2 = new Thread(tt);
        Thread t3 = new Thread(tt);
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
class TestThread implements Runnable {
    public int tickets = 20;
    public void run(){
        while (tickets >= 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":the number of tickets is " + tickets--);
        }
    }
}

我运行代码两次.两个结果如下所示. 第一次:

Thread-1:the number of tickets is 20
Thread-2:the number of tickets is 18
Thread-2:the number of tickets is 16
Thread-0:the number of tickets is 19
Thread-2:the number of tickets is 15
Thread-1:the number of tickets is 17
Thread-2:the number of tickets is 13
Thread-0:the number of tickets is 14
Thread-2:the number of tickets is 11
Thread-1:the number of tickets is 12
Thread-2:the number of tickets is 9
Thread-0:the number of tickets is 10
Thread-2:the number of tickets is 7
Thread-1:the number of tickets is 8
Thread-2:the number of tickets is 5
Thread-0:the number of tickets is 6
Thread-2:the number of tickets is 3
Thread-1:the number of tickets is 4
Thread-2:the number of tickets is 1
Thread-0:the number of tickets is 2
Thread-1:the number of tickets is 0

第二次:

Thread-0:the number of tickets is 19
Thread-2:the number of tickets is 18
Thread-2:the number of tickets is 16
Thread-2:the number of tickets is 15
Thread-1:the number of tickets is 20
Thread-2:the number of tickets is 14
Thread-2:the number of tickets is 12
Thread-2:the number of tickets is 11
Thread-0:the number of tickets is 17
Thread-2:the number of tickets is 10
Thread-2:the number of tickets is 8
Thread-1:the number of tickets is 13
Thread-1:the number of tickets is 6
Thread-1:the number of tickets is 5
Thread-2:the number of tickets is 7
Thread-0:the number of tickets is 9
Thread-2:the number of tickets is 3
Thread-1:the number of tickets is 4
Thread-2:the number of tickets is 1
Thread-0:the number of tickets is 2
Thread-1:the number of tickets is 0

Answer 1

这是多线程程序的正常行为。只有有限数量的线程才能使CPU处于不变状态，具体取决于处理器的容量。在多线程环境中，每个线程都会获得cpu时间，并且此顺序可能是连续的，也可能不是连续的。

您可以使用'synchronized`语句进行​​顺序处理。尽管此程序用于显示多线程的功能，并且使用同步杀死了实际目的，但在某些情况下需要进行同步，例如访问共享资源。

这是赫伯特·希尔德（Herbert schildt）完整引用的几行内容

Java旨在在广泛的环境中工作。这些环境中的某些环境与其他环境在根本上不同。为了安全起见，共享相同优先级的线程应偶尔产生控制权。这样可以确保所有线程都有机会在非抢先式操作系统下运行。实际上，即使在非抢占式环境中，大多数线程仍然有运行的机会，因为大多数线程不可避免地会遇到某些阻塞情况，例如等待I / O。发生这种情况时，被阻塞的线程将挂起，其他线程可以运行。但是，如果您想要平滑的多线程执行，最好不要依赖于此。另外，某些类型的任务会占用大量CPU。这样的线程控制着CPU。

线程可以有五个状态。 当线程正在运行时，所有其他线程都在争夺CPU。任何线程（根据它们的优先级）都可以获取CPU。因此，该顺序可能不一定是连续的。这就是为什么每次运行都会随机输出的原因。

Answer 2

欢迎来到令人惊叹的并行处理世界.使用线程时,除非您使用锁和障碍等同步机制,否则任何人都无法保证如何安排进度.

你在这里要做的是打印一个统一的输出流,据说可以显示线程的进展情况.这意味着您正在合并线程中的打印输出,但您无法分辨这些打印是如何交错的.此外,打印不一定按调用函数的顺序完成,有几层缓冲,更糟糕的是 - 对打印代码的实际调用不是通过读取和减量原子完成的.

你可以说变量是重复递减的(虽然因为它没有使用任何原子/同步机制你甚至不能确定你不会看到重复的结果和减少被覆盖),并且每个线程都不会打印更高的在打印较低值之后的值,但在线程之间,消息可能会停止,因此打印失序.

当你在第一个例子中看到 -

Thread-2:the number of tickets is 16
Thread-0:the number of tickets is 19

线程0实际上首先读取和递减变量,但打印延迟(由于上下文切换或其他任何原因).线程2在其他一些实例已经完成之后运行,但是立即打印它的消息,然后线程0才完成那个早期的实例.
请注意,您在此处看不到线程0在其间打印任何其他值,其下一次迭代已经读取14.

编辑: 进一步详细说明,这是一个可能的交错的小例子.

假设每个线程的机器代码是 - (以伪格式编写)

label:
    load [var] -> rax
    dec rax
    store rax -> [var]
    call print function // implicitly uses rax 
    cmp rax, 0
    jg label  /// jump-if-greater

(var是一个内存位置,在堆栈上,例如)

并且假设您有2个线程正在运行.一种可能的交错可能是 -

thread 0              |   thread 1
------------------------------------
load [var] -> rax     |                          // reads 20
dec rax               |
store rax -> [var]    |
                      |  load [var] -> rax       // reads 19
                      |  dec rax         
                      |  store rax -> [var]
                      |  call print function     // prints 19
                      |  cmp rax, 0           
                      |  jg label 
call print function   |                          //prints 20
cmp rax, 0            |
jg label              |

它有点过于简单,但它显示了如何获得无序打印的值.任何交错也是可能的,只要在相同的线程内保持顺序.

另请注意,您可以拥有类似的东西

thread 0              |   thread 1
------------------------------------
load [var] -> rax     |                          // reads 20
dec rax               |
                      |  load [var] -> rax       // reads 20 again !!!
                      |  dec rax         
                      |  store rax -> [var]
store rax -> [var]    |
...

在这种情况下,您将获得20次打印两次.