线程不安全的递减/递增 - 为什么大多是正数？

Question

我想知道java线程中不安全的递减/递增的结果，所以有我的程序：

主类：

public class Start {

    public static void main(String[] args) {

        int count = 10000000, pos = 0, neg = 0, zero = 0;

        for (int x=0; x<10000; x++) {

            Magic.counter = 0;

            Thread dec = new Thread(new Magic(false, count));
            Thread inc = new Thread(new Magic(true, count));

            dec.start();
            inc.start();

            try {
                inc.join();
                dec.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println("Error");
            }

            if (Magic.counter == 0)
                zero++;
            else if (Magic.counter > 0)
                pos++;
            else
                neg++;
        }

        System.out.println(Integer.toString(neg) + "\t\t\t" + Integer.toString(pos) + "\t\t\t" + Integer.toString(zero));
    }
}

线程类：

public class Magic implements Runnable {

    public static int counter = 0;

    private boolean inc;
    private int countTo;

    public Magic(boolean inc, int countTo) {
        this.inc = inc;
        this.countTo = countTo;
    }

    @Override
    public void run() {

        for (int i=0;i<this.countTo;i++) {

            if (this.inc)
                Magic.counter++;
            else
                Magic.counter--;
        }

    }
}

我已经运行了几次程序，并且总是得到比负数更多的正结果。我还尝试更改线程启动的顺序，但这没有改变。一些结果：

Number of results < 0 | Number of results > 0 | Number of results = 0

1103                8893                4
3159                6838                3
2639                7359                2
3240                6755                5
3264                6728                8
2883                7112                5
2973                7021                6
3123                6873                4
2882                7113                5
3098                6896                6

Answer 1

我敢打赌，您会通过以下更改看到完全相反的行为（即，反转分支而不更改其他任何内容）：

if (this.inc)
   Magic.counter--; // note change, and lie about `this.inc`
else
   Magic.counter++;

如果为 true，这可能表明这表明了线程交互的什么？

现在，为了好玩，让 Magic.counter 变得易失性——结果[如何]改变？

删除易失性并用锁包围if/else怎么样？ （锁确保完整的内存围栏并建立关键区域。它应该总是产生完美的结果。）

快乐的编码。

---

需要考虑的事项：

1. 代码仅查看小于或大于零，而不是整体漂移/变化：+1 或 -1 就足以倾斜天平。 （扩展收集的数据可能更有用。）
2. 执行“else”分支需要稍长的时间，因为需要跳转；通常这不是问题，但超过 1000 万次循环……一两次并不算多。
3. 缺乏易失性/内存栅栏会导致 Magic.counter 变量的可见性存在很多的偏差。 （我相信符合标准的 JVM 实际上可能会产生更糟糕的结果......）
4. ++ 和 -- 运算符本质上是非原子的。
5. 线程交错一般是“非确定性的”；如果跨多个核心执行，情况会更小。

Answer 2

一般来说，这是由于 Java 内存模型的工作方式造成的。您正在两个不同的线程中访问共享变量，而无需同步。变量既没有被声明为易失性，也没有运行原子操作。
缺乏协调和原子或易失性变量将导致 JVM 在执行时对线程代码进行内部优化。此外，未跨越内存屏障（即同步）的非易失性变量将导致每个线程缓存值，从而在其缓存内产生两个冲突的线程本地副本。

鉴于 Java 中缺乏顺序一致性模型、复杂的运行时优化以及所使用的 JVM 和底层系统（单核或多核、超线程）的特殊性，不可能确定性地预测结果 - 只是因为它违反了多个-Java 语言模型的线程约定。在同一台机器上运行完全相同的代码可能仍然会产生类似的结果，但由于线程调度、其他操作系统进程的 CPU 使用情况等的影响，它们不太可能完全相同。

以下是有关 JMM 的一些资源：http://www.cs.umd.edu /~pugh/java/memoryModel/