多线程如何与 Java 中的循环一起工作？

Question

当我使用 2 个线程调用同一对象 (new Counter()) 的方法时，while 循环运行的次数超过了循环限制。有人可以用简单的语言解释相同的原因。主要课程：public class MainClass {public static void main(String[] args) {    Counter c1 = new Counter();    MyRunnable r1 = new MyRunnable(c1);    Thread t1 = new Thread(r1, "t1");    Thread t2 = new Thread(r1, "t2");    t1.start();    t2.start();}}可运行：public class MyRunnable implements Runnable {Counter counter;public MyRunnable(Counter counter) {    this.counter = counter;}@Overridepublic void run() {    counter.add();}}柜台类：public class Counter {    int i = 1;    public void add() {        while (i <= 5) {            System.out.println(i + " " + Thread.currentThread().getName());            i++;        }    }}输出 ：1 t11 t22 t13 t24 t15 t2我想知道，如果限制是 5，那为什么输出 6 个值。有时它也输出5个值？如果有人对此有所了解，那就太好了。谢谢。

Answer 1

您的代码存在两个并发问题。

1. 对于并发任务，共享 inti既没有适当声明也没有访问。它至少需要是易失性的，但为了正确处理原子增量应该是一个AtomicInteger. Volatile 将有助于保证其他线程可以看到值是否发生变化（JVM 无法保证这一点），但原子整数更进一步，它提供了原子操作，这才是您真正需要的。

2. 您的循环可以同时被两个线程访问，因为条件检查与变量的增量是分开的。要正确处理运行循环的并发线程，您需要while此处的循环条件也将增量作为单个原子操作执行。或者你需要添加一个同步块。

也许尝试类似下面未经测试的代码：

public class Counter {

    private final AtomicInteger i = new AtomicInteger(1);

    public void add() {

        for (;;)

        {

            int localCount = i.getAndIncrement();

            if (localCount > 5) { break; }

            System.out.println(localCount + " " + Thread.currentThread().getName());

        }

    }

}

逐行解释一下上面的代码：

• 我们切换i到 an AtomicInteger，因为它允许我们获取当前值并自动将下一个值加一。这种原子性很重要，因为否则两个竞争线程可能会增加到相同的值，而不是在所有线程中读取和增加每个值恰好一次。我们可以通过将代码的递增部分放入同步块中来实现相同的目的。

• 我们切换到一个for (;;)循环，以便我们可以将循环控制/终止代码移动到循环体内。这使我们能够轻松地将原子增量的结果用于控制代码和循环体内（例如在语句中println）。

• i.getAndIncrement()原子地增加我们的计数器并返回给我们增加之前的值。无论有多少线程在运行，都可以保证此操作有效，并确保我们不会遗漏或重复任何数字。将先前的计数值分配给localCountint 为我们提供了在循环中使用的值。如果我们尝试i在循环内重新访问而不是使用 localCount，那么我们最终会在某个时刻得到不同的数字，因为其他线程正在同时递增i。

• 我们检查localCount它是否超出了我们的终止限制，如果超过了，我们就中断循环。我们不检查，i因为它可能已被另一个线程修改，并且我们只关心该线程当前的数量是否超出限制。

• 最后，我们使用localCountinstead of 来执行 println i，因为i在代码到达此处时可能已被另一个线程修改（这将导致打印重复行）。

请注意，此代码不保证计数器的数字将按顺序打印。 很可能大多数时候都是这种情况，但肯定不能保证也不应该依赖它。您的问题没有说明实际的预期/要求的结果，如果这是一项要求，那么您很可能需要围绕增量和 println 语句进行同步，以确保不会乱序执行。

例如同步解决方案：

public class Counter {

    int i = 1;

    public void add() {

        for (;;) {

            synchronized(this) {

                if (i > 5) { break; }

                System.out.println(i + " " + Thread.currentThread().getName());

                i++;

            }

        }

    }

}

Answer 2

这是个简单的。

1. 您创建了一个名为c1;的计数器

2. 您从此计数器创建了一个 Runnable；

3. 您将同一个可运行对象传递给了两个线程。两个线程现在将在同一个 Counter 对象上运行c1；

4. 您在方法内运行 while 循环add()。

该add()方法在一行上打印一些内容，并在下一行上递增i。

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对于您当前的输出，在第一个线程执行其 print 语句后，它被中断，第二个线程获得了 CPU 的控制权。第二个线程设法执行了它的打印。然后任一线程递增计数器（我们不知道是哪一个），并且打印和计数器递增两个步骤继续。

Answer 3

问题是您正在i同时访问该变量。Java 将变量缓存在 CPU 缓存中。由于每个线程都可以在不同的内核中执行，因此每个线程中的值i可能不同。即使您正在执行i++底层代码也是i = i + 1. 您正在读取变量，然后正在写入，因此在这种情况下多个线程也可能具有不同的值。

这个问题的解决方案是像你的情况一样使用Atomic变量。AtomicInteger这些原子变量是线程安全的，并且像在事务中一样读写，在更新变量时阻塞对线程的访问。

在您的情况下，int您可以声明而不是声明

    private volatile AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1);

而不是使用i++你可以使用atomicInteger.addAndGet(1)

Answer 4

您刚刚发现的是竞争条件线程可以counter不受任何限制地访问对象。即使i是 int，也不能保证，例如，当“t2”读取该值时，“t1”完成了该值的递增。尝试运行该程序几次，输出可能会有所不同。

要解决你的问题，你需要实现一种锁，或者使用关键字synchronized。一般来说，在实现使用多线程的应用程序时，您需要识别关键部分并确保避免竞争条件。

编辑：我不敢相信我写的protected不是synchronized，不知道这是怎么发生的。就在今天偶然发现了这个，编辑所以没有其他人被误导。