正确同步的程序是否仍然允许数据竞争？（第一部分）

Question

JLS有两个结论：

• C1：如果一个程序没有数据争用，则该程序的所有执行将看起来是顺序一致的： data-race-free => sequentially consistent
• C2：如果一个程序正确同步，则该程序的所有执行将看起来是顺序一致的： correctly synchronized => sequentially consistent

如果C1的反事实成立，那么我们可以得出以下结论：

• C3：如果程序正确同步，则不会出现数据争用： correctly synchronized => data-race-free

但不幸的是，JLS中没有这样的声明，因此我得出了第四个结论：

• C4：程序可以正确同步并具有数据竞争。

但是，我对这种方法不满意，并且希望获得一个证明该结论是正确的（甚至是错误的），即使是以非正式的方式或示例的方式。

首先，我认为显示包含数据争用的多线程程序的顺序一致执行的代码段有助于理解和解决此问题。

经过认真考虑，我仍然找不到合适的样本。那么，请您给我这样的代码段吗？

Answer 1

一个很好的例子是String的哈希码：

private int hash; // Default to 0

public int hashCode() {
    int h = hash;
    if (h == 0 && count > 0) {
        int off = offset;
        char val[] = value;
        int len = count;

        for (int i = 0; i < len; i++) {
            h = 31*h + val[off++];
        }
        hash = h;
    }
    return h;
}

这里有一场数据竞赛，因为可以由不同的线程读写哈希，并且没有事前发生的关系（没有同步）。

但是，程序是顺序一致的，因为线程无法看到不是字符串实际哈希码的哈希码（当线程执行哈希码方法时，它可以看到0并重新计算确定性的值，或者它看到一个有效值）。这是有效的，因为int写入是原子的。

编辑

此（几乎）相同的代码已损坏，并且可能返回哈希码0：

public int hashCode() {
    if (hash == 0 && count > 0) { //(1)
        int h = hash;
        int off = offset;
        char val[] = value;
        int len = count;

        for (int i = 0; i < len; i++) {
            h = 31*h + val[off++];
        }
        hash = h;
    }
    return hash; //(2)
}

因为（1）和（2）可以重新排序：（1）可以读取非null值，而（2）可以读取0。在第一个示例中不会发生这种情况，因为计算是在局部变量和返回值上进行的值也是该局部变量，根据定义，该变量是线程安全的。

编辑2

关于您的提案C4，我认为不可能：

当且仅当所有顺序一致的执行都没有数据争用时，程序才能正确同步。

如果正确同步了程序，则该程序的所有执行将看起来是顺序一致的（第17.4.3节）。

因此，如果程序已正确同步：

• 所有执行似乎顺序一致。
• 所有顺序一致的执行都没有数据争用

因此，我们可以得出结论，所有执行都没有数据争用，因此程序没有数据争用。