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防止 Java 函数在多处理器系统中出现竞争条件

王林

发布： 2024-09-03 15:15:04

原创

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竞争条件发生在多个线程同时访问共享数据时，可能导致不可预测的错误。防止竞争条件的方法有：使用 synchronized 方法或块；使用原子类；使用 java 内置锁，如 reentrantlock 和 readwritelock。

防止 Java 函数在多处理器系统中出现竞争条件

防止 Java 函数在多处理器系统中出现竞争条件

什么是竞争条件？

竞争条件发生在多个线程同时访问共享数据时，并且此访问可能以不可预测的方式更改数据。这可能会导致不可预期的错误，例如数据损坏或死锁。

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防止竞争条件的方法

同步

synchronized 方法：将方法标记为 synchronized 可以防止多个线程同时执行该方法。
synchronized 块：使用 synchronized 关键字包裹需要保护的代码块。

示例：

private Object lock = new Object();

public synchronized void incrementCounter() {
    synchronized (lock) {
        // 临界区代码
    }
}

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原子类

原子类提供原子操作，这意味着这些操作在多线程环境中是不可分割的。

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示例：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

AtomicInteger counter = new AtomicInteger();

public void incrementCounter() {
    counter.incrementAndGet();
}

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Java 内置锁

Java 提供了内置锁，如 ReentrantLock 和 ReadWriteLock。这些锁允许更精细的线程控制。

示例：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

public void incrementCounter() {
    lock.lock();
    try {
        // 临界区代码
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

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实战案例

考虑一个使用方法 incrementCounter() 来增加计数器的类。如果没有采取预防措施，则多个线程可能会同时调用该方法并尝试修改共享计数器。这可能导致丢失更新或数据损坏。

通过使用同步块来保护临界区，我们可以防止竞争条件发生。这样，只有当一个线程完成了它的操作后，另一个线程才能开始执行该操作。

示例代码：

private Object lock = new Object();

private int counter;

public void incrementCounter() {
    synchronized (lock) {
        counter++;
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Counter counter = new Counter();
    
    // 创建多个线程来调用 incrementCounter() 方法
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        new Thread(() -> {
            for (int j = 0; j < 10000; j++) {
                counter.incrementCounter();
            }
        }).start();
    }
    
    // 等待所有线程完成
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    System.out.println("Final counter value: " + counter.getCounter());
}

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