多线程中对共享变量的操作必须保证互斥

synchronized(lock) {
    int x = A; // 从主内存读取A的初始值,可以保证是当前时刻最新的值(例如A=0)
    // ... 其他操作
    int y = A; // 在同步块内,线程对共享变量的多次读取不会每次都从主内存中读取。相反,Java 内存模型允许编译器和 CPU 对这些读取进行优化,可能使用缓存值。
}
void unsafeUpdate() {
    A = 1; // 修改A的值,但是在没有同步的情况下更新!可能仅更新线程B的工作内存,没有同步到主内存
}

Java内存模型(JMM)的规则
锁的语义:synchronized锁的获取与释放会建立happens-before关系。
线程释放锁时,所有共享变量的修改会强制刷新到主内存。
线程获取锁时,会清空本地工作内存,强制从主内存重新加载共享变量。
未同步的操作:若线程修改共享变量时未通过锁同步,JVM不保证其修改对其他线程可见(可能停留在工作内存中)

可能存在的误解澄清
“不可见”并非绝对:即使未同步,某些情况下修改仍可能被其他线程“偶然”看到(例如JVM因内存压力自动刷新缓存)。但这是不可预测的,不能依赖。
可见性 ≠ 原子性:即使线程B的修改偶然可见,也无法保证线程A读取到的是“完整修改后的值”(例如对long或double的非原子操作)。

在 Java 中,如果共享变量在同步块内被多次读取,而在此期间其他线程在没有同步的情况下更新了该共享变量的值,那么临界区中的第二次读取可能会得到与第一次不同的结果(也有可能得到和第一次一样的结果,这种结果是不可预测的),原因如下:

  1. JVM可能对临界区中的多次获取共享变量的代码进行优化,导致后续获取共享变量是从工作内存中获取的,这样可能读取到旧值
  2. 如果其他线程在没有同步的情况下更新共享变量,那么这些更新可能不会立即对其他线程可见(没有更新到主内存)。
  3. 在某些情况下,由于缓存一致性协议或编译器/CPU 的具体实现,临界区内的第二次读取可能会反映其他线程的非同步更新。但这并不是 JMM 所保证的行为。

结论:

  • 在多线程代码编写中,为了确保共享变量的正确性和一致性,所有对共享变量的访问(读取和写入)都应该通过相同的锁进行同步。
  • 避免在没有同步的情况下更新共享变量,以防止数据不一致和竞态条件。

GPT回答参考
在 Java 中,如果在同步块内对共享变量进行多次读取,而在此期间其他线程在没有同步的情况下更新了该共享变量的值,那么行为将是未定义的,并且可能导致不可预测的结果。这是因为 Java 内存模型(JMM)不保证非同步访问的可见性和有序性。

详细分析
同步块的作用:
synchronized 关键字确保同一时间只有一个线程可以执行同步块中的代码。
它还确保在进入同步块时,线程会看到由同一锁保护的变量的最新值(从主内存中加载)。
在退出同步块时,线程对变量的修改会刷新回主内存。
非同步更新的影响:
如果其他线程在没有同步的情况下更新共享变量(即不通过相同的锁进行保护),那么这些更新可能不会立即对其他线程可见。
Java 内存模型允许编译器和 CPU 对非同步访问进行优化,这可能导致缓存值的使用,而不是从主内存中读取最新值。
具体场景:
假设线程 A 在同步块内读取共享变量 sharedVar 两次,期间线程 B 在没有同步的情况下修改了 sharedVar。
线程 A 在第二次读取 sharedVar 时,可能不会看到线程 B 所做的修改,因为线程 B 的修改没有通过同步机制进行,因此没有保证对线程 A 的可见性。
潜在问题:
数据不一致:线程 A 可能基于过时的数据做出决策,导致程序行为不正确。
竞态条件:多个线程对共享变量的非同步访问可能导致竞态条件,使得程序的结果依赖于线程的执行顺序。
示例说明

public class SharedVariableExample {
    private int sharedVar = 0;
    private final Object lock = new Object();
 
    public void methodA() {
        synchronized (lock) {
            int a = sharedVar; // 读取共享变量
            // ...其他逻辑
            int b = sharedVar; // 再次读取共享变量
            System.out.println("a: " + a + ", b: " + b);
        }
    }
 
    public void methodB() {
        // 非同步更新共享变量
        sharedVar++;
    }
}

如果 methodB 在 methodA 的同步块执行期间被调用,那么 methodA 中的第二次读取 b 可能不会反映 methodB 所做的修改。
结论
为了确保共享变量的正确性和一致性,所有对共享变量的访问(读取和写入)都应该通过相同的锁进行同步。
避免在没有同步的情况下更新共享变量,以防止数据不一致和竞态条件。
如果必须在多个线程之间共享数据,并且需要确保数据的可见性和一致性,那么应该使用适当的同步机制(如 synchronized、ReentrantLock、volatile 关键字或并发集合等)。

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