Java中使用同步块的并发未给出预期的结果

Question

下面是一个简单的Java程序。它具有一个称为“ cnt”的计数器，该计数器递增，然后添加到名为“ monitor”的列表中。“
cnt”由多个线程递增，并且值由多个线程添加到“ monitor”。

在方法“ go（）”的末尾，cnt和monitor.size（）应该具有相同的值，但它们没有相同的值。monitor.size（）确实具有正确的值。

如果通过取消注释已注释的同步块之一并注释掉当前未注释的块来更改代码，则代码将产生预期的结果。另外，如果将线程计数（THREAD_COUNT）设置为1，则代码将产生预期的结果。

这只能在具有多个真实内核的机器上复制。

public class ThreadTester {

    private List<Integer> monitor = new ArrayList<Integer>();
    private Integer cnt = 0;
    private static final int NUM_EVENTS = 2313;
    private final int THREAD_COUNT = 13;

    public ThreadTester() {
    }

    public void go() {
        Runnable r = new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                for (int ii=0; ii<NUM_EVENTS; ++ii) {
                    synchronized( monitor) {
                        synchronized(cnt) {        // <-- is this synchronized necessary?
                            monitor.add(cnt);
                        }
//                        synchronized(cnt) {
//                            cnt++;        // <-- why does moving the synchronized block to here result in the correct value for cnt?
//                        }
                    }
                    synchronized(cnt) {
                        cnt++;              // <-- why does moving the synchronized block here result in cnt being wrong?
                    }
                }
//                synchronized(cnt) {
//                    cnt += NUM_EVENTS;    // <-- moving the synchronized block here results in the correct value for cnt, no surprise
//                }
            }

        };
        Thread[] threads = new Thread[THREAD_COUNT];

        for (int ii=0; ii<THREAD_COUNT; ++ii) {
            threads[ii] = new Thread(r);
        }
        for (int ii=0; ii<THREAD_COUNT; ++ii) {
            threads[ii].start();
        }
        for (int ii=0; ii<THREAD_COUNT; ++ii) {
            try { threads[ii].join(); } catch (InterruptedException e) { }
        }

        System.out.println("Both values should be: " + NUM_EVENTS*THREAD_COUNT);
        synchronized (monitor) {
            System.out.println("monitor.size() " + monitor.size());
        }
        synchronized (cnt) {
            System.out.println("cnt " + cnt);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ThreadTester t = new ThreadTester();
        t.go();

        System.out.println("DONE");
    }    
}

Answer 1

好吧，让我们看看您提到的不同可能性：

1。

for (int ii=0; ii<NUM_EVENTS; ++ii) {
  synchronized( monitor) {
    synchronized(cnt) {        // <-- is this synchronized necessary?
      monitor.add(cnt);
    }
    synchronized(cnt) {
      cnt++;        // <-- why does moving the synchronized block to here result in the correct value for cnt?
    }
}

首先，监视对象在线程之间共享，因此对它进行锁定（即同步所做的事情）将确保块内的代码一次只能由一个线程执行。因此，不需要在外部的2个内部同步，无论如何，代码都受到保护。

2。

for (int ii=0; ii<NUM_EVENTS; ++ii) {
  synchronized( monitor) {
    monitor.add(cnt);
  }
  synchronized(cnt) {
    cnt++;              // <-- why does moving the synchronized block here result in cnt being wrong?
  }
}

好的，这有点棘手。cnt是一个Integer对象，并且Java不允许修改Integer对象（Integer是不可变的），即使代码表明这就是这里发生的情况。但是，将会发生的是，cnt
++将创建一个新的Integer，其值为cnt + 1并覆盖cnt。这是代码实际执行的操作：

synchronized(cnt) {
  Integer tmp = new Integer(cnt + 1);
  cnt = tmp;
}

问题在于，一个线程将创建一个新的cnt对象，而所有其他线程都在等待获取旧线程的锁。线程现在释放旧的cnt，然后尝试获取新的cnt对象的锁并获取它，而另一个线程获取旧的cnt对象的锁。关键部分中突然出现2个线程，执行相同的代码并导致竞争状态。这就是错误结果的出处。

如果删除第一个同步块（带有监视器的块），则结果会变得更加错误，因为比赛的机会增加了。

通常，您应该尝试仅对最终变量使用同步，以防止发生这种情况。