Java多线程初学者指南（9）：为什么要举办数据同步

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Java中的变量分为两类：局部变量和类变量。局部变量是指在要领内界说的变量，如在run要领中界说的变量。对付这些变量来说，并不存在线程之间共享的问题。因此，它们不需要举办数据同步。类变量是在类中界说的变量，浸染域是整个类。这类变量可以被多个线程共享。因此，我们需要对这类变量举办数据同步。

数据同步就是指在同一时间，只能由一个线程来会见被同步的类变量，当前线程会见完这些变量后，其他线程才气继承会见。这里说的会见是指有写操纵的会见，假如所有会见类变量的线程都是读操纵，一般是不需要数据同步的。

那么假如差池共享的类变量举办数据同步，会产生什么环境呢？让我们先看看下面的代码会产生什么样的工作：

package　test;

public　class　MyThread　extends　Thread
{
public　static　int　n　=　0;

public　void　run()
{
int　m　=　n;
yield();
m++;
n　=　m;
}
public　static　void　main(String[]　args)　throws　Exception
{
MyThread　myThread　=　new　MyThread　();
Thread　threads[]　=　new　Thread[100];
for　(int　i　=　0;　i　<　threads.length;　i++)
threads[i]　=　new　Thread(myThread);
for　(int　i　=　0;　i　<　threads.length;　i++)
threads[i].start();
for　(int　i　=　0;　i　<　threads.length;　i++)
threads[i].join();
System.out.println("n　=　"　+　MyThread.n);
}
}

在执行上面代码的大概功效如下：

n　=　59

看到这个功效，大概许多读者会感想奇怪。这个措施显着是启动了100个线程，然后每个线程将静态变量n加1。最后利用join要领使这100个线程都运行完后，再输出这个n值。按正常来讲，功效应该是n = 100。可偏偏功效小于100。

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其实发生这种功效的祸首罪魁就是我们常常提到的“脏数据”。而run要领中的yield()语句就是发生“脏数据”的始作俑者（不加yield语句也大概会发生“脏数据”，但不会这么明明，只有将100改成更大的数，才会常常发生“脏数据”，在本例中挪用yield就是为了放大“脏数据”的结果）。yield要领的浸染是使线程暂停，也就是使挪用yield要领的线程临时放弃CPU资源，使CPU有时机来执行其他的线程。为了说明这个措施如何发生“脏数据”，我们假设只建设了两个线程：thread1和thread2。由于先挪用了thread1的start要领，因此，thread1的run要领一般会先运行。当thread1的run要领运行到第一行（int m = n;）时，将n的值赋给m。当执行到第二行的yield要领后，thread1就会临时遏制执行，而当thread1暂停时，thread2得到了CPU资源后开始运行（之前thread2一直处于停当状态），当thread2执行到第一行(int m = n;)时，由于thread1在执行到yield时n仍然是0，因此，thread2中的m得到的值也是0。这样就造成了thread1和thread2的m得到的都是0。在它们执行完yield要领后，都是从0开始加1，因此，无论谁先执行完，最后n的值都是1，只是这个n被thread1和thread2各赋了一遍值。这个进程如下图如示：

也许有人会问，假如只有n++，会发生“脏数据”吗？谜底是必定的。那么n++只是一条语句，又如安在执行进程中将CPU交给其他的线程呢？其实这只是外貌现象，n++在被Java编译器编译成中间语言（也叫做字节码）后，并不是一条语言。让我们看看下面的Java代码将会被编译成什么样的Java中间语言。

Java源代码

public　void　run()
{
n++;
}

被编译后的中间语言代码

001　　public　void　run()
002　　{
003　　　　　　aload_0
004　　　　　　dup
005　　　　　　getfield
006　　　　　　iconst_1
007　　　　　　iadd
008　　　　　　putfield
009　　　　　　return
010　　}

各人可以看到在run要领中只有n++一条语句，而在编译后，却有7条中间语言语句。我们并不需要知道这些语句的成果是什么，只看一下第005、007和008行语句。在005行是getfield，按照它的英文寄义可知是要获得某个值，因为这里只有一个n，所以毫无疑问，是要获得n的值。而在007行的iadd也不难揣摩是将这个获得的n值加1。在008行的putfield的寄义我想各人大概已经猜出来了，它认真将这个加1后的n再更新回类变量n。说到这，大概各人尚有一个迷惑，执行n++时直接将n加1不就行了，为什么要如此费周折。其实这里涉及到一个Java内存模子的问题。

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Java的内存模子分为主存储区和事情存储区。主存储区生存了Java中所有的实例。也就是说，在我们利用new来成立一个工具后，这个工具及它内部的要领、变量等都生存在这一区域，在MyThread类中的n就生存在这个区域。主存储区可以被所有线程共享。而事情存储区就是我们前面所讲的线程栈，在这个区域里生存了在run要领以及run要领所挪用的要领中界说的变量，也就是要领变量。在线程要修改主存储区中的变量时，并不是直接修改这些变量，而是将它们先复制到当前线程的事情存储区，在修改完后，再将这个变量值包围主存储区的相应的变量值。

在相识了Java的内存模子后，就不难领略为什么n++也不是原子操纵了。它必需颠末一个拷贝、加1和包围的进程。这个进程和在MyThread类中模仿的进程雷同。各人可以想象，假如在执行到getfield时，thread1由于某种原因被间断，那么就会产生和MyThread类的执行功效雷同的环境。要想彻底办理这个问题，就必需利用某种要领对n举办同步，也就是在同一时间只能有一个线程操纵n，这也称为对n的原子操纵。