Java 多线程 i++-CFANZ编程社区

Java 多线程 i++

在Java中，多线程编程是一种非常重要的技术。通过使用多线程，我们可以在同一时间内执行多个任务，从而提高程序的性能和效率。然而，在多线程编程中有一些潜在的问题需要我们注意，尤其是在多线程同时访问和修改共享变量的情况下。

问题背景

在多线程编程中，一个常见的问题是多线程同时对同一个变量进行自增操作。例如，我们有一个变量i，每个线程都要对i进行自增操作（i++）。看起来这是一个简单的任务，但实际上它可能会导致一些意想不到的结果。

让我们来看一个简单的例子来说明这个问题：

public class IncrementThread extends Thread {
    private static int i = 0;
    
    @Override
    public void run() {
        for (int j = 0; j < 1000; j++) {
            i++;
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        IncrementThread thread1 = new IncrementThread();
        IncrementThread thread2 = new IncrementThread();
        
        thread1.start();
        thread2.start();
        
        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        System.out.println("i = " + IncrementThread.getI());
    }
}

在上面的代码中，我们创建了两个线程thread1和thread2，它们都会对共享变量i进行1000次自增操作。然后，我们在主线程中等待这两个线程执行完毕，最后打印出i的值。

预期结果

我们可能期望i的最终值是2000，因为每个线程都对i进行了1000次的自增操作。

实际结果

然而，由于多个线程同时对i进行自增操作，实际结果可能会不同。在运行上述代码时，你会发现每次运行的结果都是不同的，可能是小于2000或者大于2000。

问题分析

这个问题的根本原因是多个线程同时对共享变量i进行操作，导致了竞态条件（Race Condition）。竞态条件指的是多个线程对共享资源的访问和操作是随机的，结果取决于线程执行的顺序和时机，从而导致不确定的结果。

在上述代码中，当两个线程同时读取i的值时，它们得到的都是相同的初始值，比如0。然后，两个线程同时对i进行自增操作，但是它们无法感知对方的操作，因此可能会导致值的丢失或覆盖。

解决方案

为了解决这个问题，我们可以使用Java中的同步机制来保证多个线程对共享变量的安全访问。Java提供了synchronized关键字和Lock接口来实现同步。

方案一：使用synchronized关键字

我们可以使用synchronized关键字将对共享变量的操作保护起来，确保每一次操作的原子性。修改上述代码如下：

public class IncrementThread extends Thread {
    private static int i = 0;
    
    public synchronized static void increment() {
        i++;
    }
    
    public synchronized static int getI() {
        return i;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        for (int j = 0; j < 1000; j++) {
            increment();
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        IncrementThread thread1 = new IncrementThread();
        IncrementThread thread2 = new IncrementThread();
        
        thread1.start();
        thread2.start();
        
        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        System.out.println("i = " + IncrementThread.getI());
    }
}

在上述代码中，我们使用synchronized关键字将increment()和getI()方法标记为同步方法。这样，每次只有一个线程能够执行这些方法，从而保证了对共享变量的安全