在后面的两篇文章中，咱们体验了线程的创立，并从OS过程层面意识了线程。当初，咱们曾经通晓多线程在解决一些场景问题时有特效。

然而，不知你可曾想过，多线程尽管效率很高，然而它却有着你无奈回避的并发问题。举个王者中常见的场景，单方10人同时防御主宰，最初击败主宰的玩家才是真正的赢家，而且只能有一位。所以问题来了，如果这10位玩家代表10个线程，它们在并发拜访同一个资源时，如何保证数据的安全性？总不至于，主宰只有一条命，可是却有多位玩家取得主宰，这显然不合乎逻辑。

这个简略例子的背地，是计算机系统中一个广泛且根本的问题，即多线程的平安问题。在设计多线程时，咱们谋求它的长处，也务必要了解它存在的安全隐患，并为之设计正当的解决方案。否则，多线程这把双刃剑必将给咱们以教训。

本文将从并发与并行的概念触发，帮忙你入门这些概念并了解竞态相干问题。

一、了解并发（Concurrency）和并行（Parallelism）

在并发编程中，并发与并行像一对孪生兄弟，不仅长相类似，又容易让人混同。然而，它们又有着实质的区别。所以，了解并行与并发，不要尝试去死记硬背概念，在你未能从实质上意识它们之前，你无奈坑骗你的大脑去记住它。

简而言之，并行与并发的区别的外围在于所竞争的 资源 不同。举个艰深的例子：

  • 蓝方5集体一起打主宰，是并发（Concurrency），因为竞争的指标资源只有一个；
  • 蓝方2人去打主宰，3人去打暴君，是并行（Parallelism），因为竞争的指标资源是两个。

相似的，从CPU计算的角度看， 并发和并行的概念能够了解为：

  • 如果1个CPU同时执行5个工作，就是并发；
  • 如果5个CPU同时执行5个工作，并且是每个CPU执行一个，那么就是并行。

以上是对并行和并发的艰深概述，如果你有趣味，能够通过检索材料具体理解单CPU下是如何模仿并发的。

二、了解竞态（Race Condition）下的平安问题

显然易见，无论是并发还是并行，都有助于进步计算效率。然而，效率是一方面，平安则是更重要的一方面。比方下面防御主宰的案例中，肯定要能晓得是谁给予了最初一击，也就是数据不能出错。所以，咱们就须要了解多线程下的 竞态（Race Condition） 和解决策略。

所谓竞态，你能够了解为多个线程试图在同一时刻批改共享数据的状况。你看，从字面上了解的话，Race这个词就是较量的意思。较量的指标是什么？是看谁先取得共享资源，即进入临界区（Critical Section）。

常见的竞态有上面这两种模式：

  • Read-modify-write
  • Check-then-act

1. Read-modify-write

先看上面这段代码，玩家每次防御，主宰的血量都会缩小：

public class Master {    //主宰的初始血量    private int blood = 100;    //每次被击打后血量减5    public int decreaseBlood() throws Exception {        if(blood <= 0){            throw new Exception("主宰曾经被击败！");        }        blood = blood - 5;        return blood;    } }

当线程执行decreaseBlood()办法调用时，事件是这样倒退的：

  • 第一步：从内存中读取blood的值到寄存器（Read）；
  • 第二步：批改寄存器中的blood值（Modify）；
  • 第三步：将寄存器的值写回内存（Write）。

这就是Read-modify-write模式。整个过程看起来零打碎敲，实则祸根曾经种下。想想看，如果在第一步时，两个线程同时都读取到了值（比方100），随后两个线程同时做了批改，此时在第三步，无论是哪个线程率先将值写回内存，前面的线程都会笼罩内存中的值。换句话说，主宰接受了两次攻打，血量应该升高到90，可后果却是95，不是它耐操，而是你代码写错了！

2. Check-then-act

 //每次被击打后血量减5    public int decreaseBlood() throws Exception {        if(blood <= 0){            throw new Exception("主宰曾经被击败！");        }        blood = blood - 5;        return blood;    }

咱们再近距离察看下decreaseBlood()办法，你会发现，它不仅会让主宰呈现攻打两次但血量却只缩小一次的状况，还会呈现血量为负值的状况！这是为什么？

留神decreaseBlood()中有一行if(blood <= 0)，也就是说如果此时主宰曾经被击败，那就不要再往下持续运行，间接抛出异样。然而，问题来了。假如此时主宰的血量是 5 ，就差最初一击了！而后，线程A和线程B两个线程同时进来：

  • 第一步：线程A和线程B查看血量是否为 0 （Check）；
  • 第二步：线程A和线程B都通过了查看；
  • 第三步：线程A和线程B执行血量扣减动作，但程序未知（Act）。

问题是，如果线程A在执行blood = blood - 5时，blood的值不再是 5 ，而是曾经被线程B更改为 0 了呢？那么后果就是主宰最初的血量是 -5 ！很显然，这样的后果就扯淡了。

以上就是两种常见的竞态状况。简略来说， Read-modify-write是在写入时因并发导致值被笼罩，而Check-then-act则是因并发导致条件判断生效。

3. 如何预发竞态

既然多线程是不平安的，那如何预防竞态的产生？其外围在于锁+原子操作，即对临界区进行加锁，让临界区每次有且只能有一个线程拜访，在以后线程未来到临界区时，其余线程不得进入，且线程在临界区的操作必须保障原子性。

在Java中，最简略的加锁形式是应用synchronized关键字，咱们会在下一篇中对它具体解说。

以上就是文本的全部内容，祝贺你又上了一颗星！

夫子的试炼

  • 写一段多线程并发代码，体验并发时的数据谬误。

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