摘要：如果有兩個線程都對方法進行了操作，比如線程加線程加我們的預期結果是。由于線程的訪問順序以及切換的時間是不可預期的在特定的訪問順序下，可能出現一些出乎意料的結果比如下文中的執行順序。

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這幾天學習并發編程,race-conditions-and-critical-sections,翻譯一下，寫點自己的筆記并加上點個人的理解。

網頁中里中提到兩個名詞Race Condition 和 Critical Section，接下來對他們進行解釋和例子演示。

在多線程場景下，當多個線程訪問同一塊資源，且執行結果與線程訪問的先后順序相關，即表明這里面存在著Race Condition，中文翻譯即競爭條件。

看下面?的代碼,多個線程都會調用add方法對同一個count值進行加法。

  public class Counter {

     protected long count = 0;

     public void add(long value){
         this.count = this.count + value;
     }
  }

然而,add方法中的加法需要好幾個步驟才能完成。

1. 從內存中讀取count的值到寄存器。
2. 加value。
3. 寫回內存。

如果有兩個線程都對add方法進行了操作，比如線程A加3,線程B加2,我們的預期結果是5。由于線程的訪問順序以及切換的時間是不可預期的,在特定的訪問順序下，可能出現一些出乎意料的結果,比如下文中的執行順序。

A:  Reads this.count into a register (0)
B:  Reads this.count into a register (0)
B:  Adds value 2 to register
B:  Writes register value (2) back to memory. this.count now equals 2
A:  Adds value 3 to register
A:  Writes register value (3) back to memory. this.count now equals 3

由于加法不是原子性的，在加法執行過程中的每一步都可能存在著線程切換。
比如線程A和B都先后讀到0,然后線程B占用了時間片完成了加2的操作,寫回了內存，此時內存中count的值等于2。
然后線程A重新得到調度，此時線程A內部的count值還是0,線程A對主內存內count的變化是不可見的,然后線程完成加3操作，寫回內存，此時count值等于3。

上述代碼中的add方法內部就存在著競爭條件，會根據線程執行順序的不確定性影響最后的執行結果。

我們把會導致Race Condition的區域稱為Critical Section,中文翻譯臨界區。臨界區即每個線程中訪問臨界資源的那段代碼。

在上文的代碼中,this.count就是臨界資源

this.count = this.count + value

就是臨界區,為了保證執行結果的正確性,避免臨界區內產生競爭條件,我們需要確保臨界區內的執行是原子的,每次僅允許一個線程進去,進入后不允許其他線程進入。

我們可以采用線程同步做到以上的要求，線程同步可以使用synchronized同步代碼,或者locks,或者是原子變量比如AtomicInteger等。

可以把整個臨界區使用synchronized同步，但把臨界區拆分成多個小的臨界區能夠降低對共享資源的爭奪，增加整個臨界區的吞吐量,下面舉個例子。

public class TwoSums {
    
    private int sum1 = 0;
    private int sum2 = 0;
    
    public void add(int val1, int val2){
        synchronized(this){
            this.sum1 += val1;   
            this.sum2 += val2;
        }
    }
}

在上述代碼中,簡單的做法就是鎖住整個對象,只有一個線程能夠執行兩個不同變量的加法操作。然而，由于這兩個變量是互相獨立的，可以拆分到兩個不同的synchronized塊中。

public class TwoSums {
    
    private int sum1 = 0;
    private int sum2 = 0;

    private Integer sum1Lock = new Integer(1);
    private Integer sum2Lock = new Integer(2);

    public void add(int val1, int val2){
        synchronized(this.sum1Lock){
            this.sum1 += val1;   
        }
        synchronized(this.sum2Lock){
            this.sum2 += val2;
        }
    }
}

改動后，兩個線程可以同時在add方法中操作，一個線程在第一個synchronized塊，另一個線程在第二個synchronized塊，兩個synchronized塊同步的是不同的對象，所以兩個線程可以獨立執行，整體線程等待的時間會變少，吞吐量能夠得到提升。