java多线程五人买票 java多线程的五种状态

论文深入探讨了Java多线程编程中的竞态条件，解释了其产生的核心原因——共享可变状态与非原子操作。通过分析一个常见误区（局部变量求而不是竞态条件），并提供了一个经典的系列文章示例，详细演示了复竞态条件，现展示了多线程共享访问共享资源时数据不一致的现象。最后，避免概括了如何竞态条件的常用策略，旨在提升开发者对并发编程中数据同步问题的理解。什么是竞态条件？

最终在线程多编程中，当两个或多个线程并发访问和操作同一个共享资源，并且对这些操作的执行顺序无法预知时，如果结果依赖于这些不可预知的执行顺序，就可能导致数据不一致或程序异常，这种现象被称为竞态条件（race）竞争条件的核心在于：共享可变状态（Shared Mutable State）：存在一个或多个线程可以同时访问和修改的数据。非原子操作（Non-Atomic） Operations）：对共享数据的操作并不是不可中断的，即一个线程在执行操作的过程中，可能被操作系统调度器中断，让其他线程介入并相同的数据。为什么初始求和代码未产生竞态条件？

在提供的初始代码示例中，尝试使用多线程对集群元素进行求和。虽然使用了多个线程，但代码却产生了预期的竞态条件，原因如下：private static class MyThread Implements Runnable { private int[] num； private int from ， to ， sum； // 每个线程拥有独立的 'sum' 变量 public MyThread(int[] num， int from， int to) { this.num = num； this.from = from； this.to = to； sum = 0； // 每个线程初始化自己的 sum } public void run() { for (int i = from； i lt；= to； i ) { sum = i； // 线程只修改自己的 sum 变量 }pause()； } public int getSum() { return this.sum； }}登录后复制

每个MyThread实例都拥有其独立的sum变量。线程在执行run()方法时，只要将其自身范围内的数字加到它自己的sum变量中。sum变量不是线程之间共享的资源。最终的所有总和是通过主线程在子线程执行完毕后，将每个线程的getSum执行完毕()结果相加的。这种设计因此避免了多个线程同时修改同一个总和的情况，不会出现竞态条件，每次得到正确的结果。如何演示得到竞态条件：一个典型的投票结果

为了地演示竞态条件，我们需要创建一个所有线程共享的可变资源，并使其线程非执行原子操作。

下面是一个经典的计数示例，它通过不断递增和递减一个共享的int变量来复现竞态条件：import java.util.concurrent.ExecutorService；import java.util.concurrent.Executors；import java.util.concurrent.TimeUnit；class RaceConditionDemoimplements Runnable { private int counter = 0； // 共享的变量状态 public voidincrement() { try { //引入修改延迟以增加线程切换的可能性，从而更容易暴露竞态条件 Thread.sleep(10)； } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt()； e.printStackTrace()； } counter ； // 非原子操作：读取-修改-写入 } public void decrement() { counter--； // 非原子操作：读取--读取 } public int getValue() { return counter； } @Override public void run() { this.increment()； System.out.println(quot；线程 quot； Thread.currentThread().getName() quot；增量后值： quot； this.getValue())； this.decrement()； System.out.println(quot；线程 quot； Thread.currentThread().getName() quot；最终值： quot； this.getValue())； } public static void main(String args[]) throws InterruptedException { RaceConditionDemo sharedCounter = new RaceConditionDemo()； // 共享的成员实例 ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5)； // 使用线程池 for (int i = 0； i lt； 5； i ) { executor.execute(new Thread(sharedCounter， quot；Thread-quot； (i 1)))； } executor.shutdown()； executor.awaitTermination(1，

TimeUnit.MINUTES)； // 等待所有任务完成 System.out.println(quot；\n所有线程执行完毕，最终投票值： quot；sharedCounter.getValue())； }}登录后复制代码分析与竞态条件揭示

在这个RaceConditionDemo类中：

立即学习“Java免费学习（深入）”；计数器变量：这是一个int类型的实例变量，被RaceConditionDemo的所有线程实例共享。int是基本数据类型，其读写操作在某些情况下（如32位系统上读写64位long/double）可能不是原子计数器的，但这里更重要的是计数器和counter——这两个复合操作本身不是原子的。increment()和decrement()方法：这两个方法分别对counter进行递增和递减操作。counter 主要包含三个：读取counter的当前值。将读取到的值加1。将新值写回counter。同样，counter--也包含类似的三个步骤。Thread.sleep(10)：在increment()方法中引入的步骤短暂延迟，大大增加了线程在执行计数器的读取、修改、写入这三个步骤之间发生上下文切换的可能性。当一个线程读取了计数器的值，但尚未将其写回时，另一个线程可能已经介入并执行了其完整的递增或递减操作，从而导致前一个线程写入的旧值覆盖了新值或者基于旧值进行了不正确的计算。运行结果示例与分析

多次运行上述代码，你将观察到不一致的输出结果。例如：thread-1 增量后值： 1 线程Thread-2 增量后值： 2 线程 Thread-3 增量后值： 3 线程 Thread-4 增量后值： 4 线程 Thread-5 增量后值： 5 线程 Thread-1 最终值： 0 线程 Thread-2 最终值： 1 线程 Thread-3 最终值： 2 线程 Thread-4 最终值： 3 线程 Thread-5 最终值： 4 所有线程执行完毕，最终投票值： 4登录后复制

请注意观察输出中的几个关键点：“增量后值”的跳跃：在某些运行中，你可能会看到多个线程连续打印“增量后值”，而它们之间的计数器值并没有按照预期递增。例如，Thread-3可能紧打印5，接着Thread-5也打印5。这表明在Thread-3完成递增并打印后，Thread-5可能在Thread-3的递减操作前面就完成了递增，并且读取到了Thread-3递增后的值。“最终值”的不确定性：理想情况下，如果每个线程都执行一次increment和一次d增量，最终那么计数器的值应该回到0（因为5次增量和5次减量相互协调）。然而，在上面最终的结果输出中，值是4，这明显是错误的。这就是竞态条件导致的数据不一致。不同的运行可能会得到不同的值，如0、1、2、3、4、5等，这取决于修改线程的调度顺序。

这种完全不确定性正是竞态条件的表现：多个线程在没有适当同步的最终情况下，并发访问和共享标志计数器，导致结果的不可预测性。竞态条件的防御

理解竞态条件是编写健壮并发程序的关键。

为了避免竞争状态，我们必须确保共享可变状态的所有访问都是线程安全的。常用的防御机制：同步机制：synchronized关键字：可以用于修饰方法或代码块，确保在任何给定的时间内只有一个线程执行被同步的代码。Lock接口：提供更灵活的锁定机制，如ReentrantLock，可以实现更复杂的同步策略。原子类：Java java.util.concurrent.atomic包包括提供了一系列原子类（如AtomicInteger，原子长， AtomicReference等），它们使用CAS（Compare-And-Swap）操作来保证对单个变量的原子性更新，消耗使用显着式的锁。 粒子数据结构：使用java.util.concurrent包中提供的线程安全集合类，如ConcurrentHashMap、CopyO nWriteArrayList等，它们内部已经处理了变量访问的同步问题。不可变对象：如果共享对象是不可变的，即一旦创建就不能被修改，那么多个线程可以安全地共享它，因为，它不会引起数据不一致问题。线程局部变量：使用ThreadLocal，为每个线程提供其自身的变量副本，从而消除共享变量。总结

竞态条件是多线程编程中一个常见且难以调试的问题，它源于多线程对共享可变状态的非原子性的访问。通过本文的分析和示例，我们明白了为什么某些创伤的代码不会产生竞态条件（如局部求和），以及如何通过提出设计的共享变量模型来清晰地演示竞态条件。掌握竞态条件的原理及防护策略，是编写、稳定并发应用程序的基石。在实际开发中，应当注意时刻共享可变状态的使用，并采用适当的同步来确保线程安全。

以上就是Java多线程编程中的竞态条件：原理、复用与避免的详细内容，更多请关注哥乐常识网其他相关文章！