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競態(tài)條件與臨界區(qū)

raledong / 1367人閱讀

摘要：如果沒有采用合適的同步機制，線程間的交叉執(zhí)行情況就無法預料。當兩個線程競爭同一資源時，如果對資源的訪問順序敏感，就稱存在競態(tài)條件。導致競態(tài)條件發(fā)生的代碼區(qū)稱作臨界區(qū)。

在同一程序中運行多個線程本身不會導致問題，問題在于多個線程訪問了相同的資源。如，同一內(nèi)存區(qū)（變量，數(shù)組，或?qū)ο螅⑾到y(tǒng)（數(shù)據(jù)庫，web services等）或文件。實際上，這些問題只有在一或多個線程向這些資源做了寫操作時才有可能發(fā)生，只要資源沒有發(fā)生變化,多個線程讀取相同的資源就是安全的。

多線程同時執(zhí)行下面的代碼可能會出錯：

public class Counter {
    protected long count = 0;
    public void add(long value){
        this.count = this.count + value;   
    }
}

想象下線程A和B同時執(zhí)行同一個Counter對象的add()方法，我們無法知道操作系統(tǒng)何時會在兩個線程之間切換。JVM并不是將這段代碼視為單條指令來執(zhí)行的，而是按照下面的順序：

從內(nèi)存獲取 this.count 的值放到寄存器

將寄存器中的值增加value

將寄存器中的值寫回內(nèi)存

觀察線程A和B交錯執(zhí)行會發(fā)生什么：

this.count = 0;
A:   讀取 this.count 到一個寄存器 (0)
B:   讀取 this.count 到一個寄存器 (0)
B:   將寄存器的值加2
B:   回寫寄存器值(2)到內(nèi)存. this.count 現(xiàn)在等于 2
A:   將寄存器的值加3
A:   回寫寄存器值(3)到內(nèi)存. this.count 現(xiàn)在等于 3

兩個線程分別加了2和3到count變量上，兩個線程執(zhí)行結(jié)束后count變量的值應(yīng)該等于5。然而由于兩個線程是交叉執(zhí)行的，兩個線程從內(nèi)存中讀出的初始值都是0。然后各自加了2和3，并分別寫回內(nèi)存。最終的值并不是期望的5，而是最后寫回內(nèi)存的那個線程的值，上面例子中最后寫回內(nèi)存的是線程A，但實際中也可能是線程B。如果沒有采用合適的同步機制，線程間的交叉執(zhí)行情況就無法預料。

當兩個線程競爭同一資源時，如果對資源的訪問順序敏感，就稱存在競態(tài)條件。導致競態(tài)條件發(fā)生的代碼區(qū)稱作臨界區(qū)。上例中add()方法就是一個臨界區(qū),它會產(chǎn)生競態(tài)條件。在臨界區(qū)中使用適當?shù)耐骄涂梢员苊飧倯B(tài)條件。

原文 Race conditions and critical sections
翻譯 He Jianjun 校對 丁一
via ifeve

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