使用同步块的Java中的并发性未给出预期结果

Question

下面是一个简单的java程序.它有一个名为"cnt"的计数器,它会递增,然后添加到名为"monitor"的List中."cnt"由多个线程递增,并且值被多个线程添加到"监视器".

在方法"go()"的末尾,cnt和monitor.size()应该具有相同的值,但它们不具有相同的值.monitor.size()确实有正确的值.

如果通过取消注释其中一个已注释的同步块来更改代码,并注释掉当前未注释的块,则代码会生成预期结果.此外,如果将线程计数(THREAD_COUNT)设置为1,则代码会生成预期结果.

这只能在具有多个真实核心的计算机上重现.

public class ThreadTester {

    private List<Integer> monitor = new ArrayList<Integer>();
    private Integer cnt = 0;
    private static final int NUM_EVENTS = 2313;
    private final int THREAD_COUNT = 13;

    public ThreadTester() {
    }

    public void go() {
        Runnable r = new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                for (int ii=0; ii<NUM_EVENTS; ++ii) {
                    synchronized( monitor) {
                        synchronized(cnt) {        // <-- is this synchronized necessary?
                            monitor.add(cnt);
                        }
//                        synchronized(cnt) {
//                            cnt++;        // <-- why does moving the synchronized block to here result in the correct value for cnt?
//                        }
                    }
                    synchronized(cnt) {
                        cnt++;              // <-- why does moving the synchronized block here result in cnt being wrong?
                    }
                }
//                synchronized(cnt) {
//                    cnt += NUM_EVENTS;    // <-- moving the synchronized block here results in the correct value for cnt, no surprise
//                }
            }

        };
        Thread[] threads = new Thread[THREAD_COUNT];

        for (int ii=0; ii<THREAD_COUNT; ++ii) {
            threads[ii] = new Thread(r);
        }
        for (int ii=0; ii<THREAD_COUNT; ++ii) {
            threads[ii].start();
        }
        for (int ii=0; ii<THREAD_COUNT; ++ii) {
            try { threads[ii].join(); } catch (InterruptedException e) { }
        }

        System.out.println("Both values should be: " + NUM_EVENTS*THREAD_COUNT);
        synchronized (monitor) {
            System.out.println("monitor.size() " + monitor.size());
        }
        synchronized (cnt) {
            System.out.println("cnt " + cnt);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ThreadTester t = new ThreadTester();
        t.go();

        System.out.println("DONE");
    }    
}

Answer 1

好吧，让我们看看您提到的不同可能性：

1.

for (int ii=0; ii<NUM_EVENTS; ++ii) {
  synchronized( monitor) {
    synchronized(cnt) {        // <-- is this synchronized necessary?
      monitor.add(cnt);
    }
    synchronized(cnt) {
      cnt++;        // <-- why does moving the synchronized block to here result in the correct value for cnt?
    }
}

首先，监视器对象在线程之间共享，因此获得它的锁（这就是同步的作用）将确保块内的代码一次只能由一个线程执行。因此，外部同步内部的 2 个同步是不必要的，无论如何，代码都受到保护。

2.

for (int ii=0; ii<NUM_EVENTS; ++ii) {
  synchronized( monitor) {
    monitor.add(cnt);
  }
  synchronized(cnt) {
    cnt++;              // <-- why does moving the synchronized block here result in cnt being wrong?
  }
}

好吧，这个有点棘手。cnt 是一个 Integer 对象，Java 不允许修改 Integer 对象（整数是不可变的），尽管代码表明这就是这里发生的情况。但实际上会发生的是 cnt++ 将创建一个值为 cnt + 1 的新 Integer 并覆盖 cnt。这就是代码的实际作用：

synchronized(cnt) {
  Integer tmp = new Integer(cnt + 1);
  cnt = tmp;
}

问题是，虽然一个线程将创建一个新的 cnt 对象，但所有其他线程都在等待获取旧对象的锁。该线程现在释放旧的 cnt，然后尝试获取新的 cnt 对象的锁，并在另一个线程获取旧的 cnt 对象的锁时获取它。突然有 2 个线程进入临界区，执行相同的代码并导致竞争条件。这就是错误结果的来源。

如果您删除第一个同步块（带有监视器的同步块），那么您的结果会变得更加错误，因为竞争的机会会增加。

一般来说，您应该尝试仅对最终变量使用同步，以防止这种情况发生。