为什么这种竞争条件的输出有些一致？

Question

当我运行以下代码时，最终输出始终为正，如果我切换“x++”和“x--”的顺序，则最终输出始终为负。这个竞争条件的哪些部分被跳过是否有某种顺序？非常感谢任何帮助理解！

public class DataRace {

    private static class MyThreadCode implements Runnable {

        private static int x = 0;   // NOTE THAT X IS STATIC!!!

        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
                x++;
                x--;
            }
            System.out.println(x + "  " + Thread.currentThread().getName());
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            Thread t = new Thread(new MyThreadCode());
            t.start();
        }
    }
}

Answer 1

我们这里有两个问题：

• 因为x++和x--不是原子的（请参阅为什么 i++ 不是原子的？），您会遇到竞争条件。线程 1 将加载x(0) 的值。然后，CPU 可以切换到线程 2，该线程也加载当前线程x(0)。现在，两者都在本地增加值，稍后，它们将设置x。这意味着我们失去了一个增量。
• 因为x没有标记volatile，我们也没有使用synchronized关键字，所以您无法保证线程确实看到 的实际值x。可能该值已被另一个线程更新，但由于 Java 可见性保证，您无法保证其他线程看到的内容（更新值或某些过时的“缓存”值）。也可能是其他线程尚未将更新x值写回内存（仅写入L1/L2 Cache）。

我对代码进行了一些操作，如果我将for循环减少到1000迭代，我会得到相同代码的负值和正值。这可能暗示如果我们有多次迭代，JVM 会优化代码。如果我们只有 1000 次迭代（我猜这并不算多），JVM 可能会决定按照编写的方式运行代码。

我怀疑这两个问题对结果都有一定的影响。例如，如果您加载x，处理器可能会将该值加载到 L1 缓存中，如果您随后执行第二个操作，它可能会直接从 L1 缓存而不是主内存加载该值。这可能意味着第二次操作不会导致/导致“丢失更新”较少。

但要真正找出发生这种情况的原因，我认为您需要深入研究 Java 规范，甚至 CPU 如何处理此类情况。