Java 取共享内存

思考： 两个线程对初始值为 0 的静态变量一个做自增，一个做自减，各做 5000 次，结果是 0 吗？

package com.cctv;

public class SyncDemo {

    private static int counter = 0;

    public static void increment() {
        counter++;
    }

    public static void decrement() {
        counter--;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                increment();
            }
        }, "t1");
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                decrement();
            }
        }, "t2");
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();

        //思考： counter=？
        System.out.println(counter);
    }
}

问题分析
以上的结果可能是正数、负数、零。为什么呢？因为 Java 中对静态变量的自增，自减并不是原子作。
我们可以查看 i++和 i–（i 为静态变量）的 JVM 字节码指令

javap -v SyncDemo.class

i++的JVM 字节码指令

getstatic i // 获取静态变量i的值 
iconst_1 // 将int常量1压入操作数栈
iadd // 自增 
putstatic  // 将修改后的值存入静态变量i

i–的JVM 字节码指令

getstatic i // 获取静态变量i的值 
iconst_1 // 将int常量1压入操作数栈
isub // 自减 
putstatic  // 将修改后的值存入静态变量i

如果是单线程以上 8 行代码是顺序执行（不会交错）没有问题。

但多线程下这 8 行代码可能交错运行：

临界区（ Critical Section）

• 一个程序运行多个线程本身是没有问题的
• 问题出在多个线程访问共享资源
  - 多个线程读共享资源其实也没有问题
  - 在多个线程对共享资源读写操作时发生指令交错，就会出现问题

一段代码块内如果存在对共享资源的多线程读写操作，称这段代码块为临界区，其共享资源为临界资源

//临界资源
private static int counter = 0;

public static void increment() { //临界区
    counter++;
}

public static void decrement() {//临界区
    counter--;
}

竞态条件（ Race Condition ）

多个线程在临界区内执行，由于代码的执行序列不同而导致结果无法预测，称之为发生了竞态条件
为了避免临界区的竞态条件发生，有多种手段可以达到目的：

• 阻塞式的解决方案：synchronized，Lock
• 非阻塞式的解决方案：原子变量

注意：
虽然 java 中互斥和同步都可以采用 synchronized 关键字来完成，但它们还是有区别的：

1. 互斥是保证临界区的竞态条件发生，同一时刻只能有一个线程执行临界区代码
2. 同步是由于线程执行的先后、顺序不同、需要一个线程等待其它线程运行到某个点，譬如等待唤醒(等待通知)机制

原子变量解决

package com.cctv;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class SyncDemo {

    private static AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);

    public static void increment() {
        counter.incrementAndGet();
    }

    public static void decrement() {
        counter.decrementAndGet();
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                increment();
            }
        }, "t1");
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                decrement();
            }
        }, "t2");
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();

        //思考： counter=？
        System.out.println(counter.get());
    }
}