Java并发编程：非线程安全计数器的“意外”正确性解析-java教程-PHP中文网

Java并发编程：非线程安全计数器的“意外”正确性解析

霞舞

发布： 2025-10-22 08:44:01

原创

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java并发编程：非线程安全计数器的“意外”正确性解析

本文探讨了Java中非线程安全计数器在特定场景下意外返回正确结果的现象。尽管代码存在竞态条件，但由于并发冲突的非确定性、JVM优化和线程调度等因素，其错误行为并非总是立即显现。文章强调，缺乏同步机制的代码不保证在所有环境下都能稳定运行，并提供了示例代码分析，旨在加深对并发编程中线程安全本质的理解。

在Java并发编程中，开发者经常会遇到一个令人困惑的现象：一段明显存在线程安全问题的代码，在运行时却似乎表现“正确”，输出了预期的结果。这往往让初学者误以为代码是安全的，或者对并发编程的理解产生偏差。本文将通过一个经典的非线程安全计数器示例，深入剖析这种“意外”正确性的背后原因，并强调在并发环境中确保线程安全的重要性。

示例代码：非线程安全计数器的实现

我们首先来看一个简单的计数器类及其并发使用示例。Counter 类包含一个私有整型变量 counter，以及一个 incrementCounter 方法用于递增计数。

// Counter.java
public class Counter {

    private int counter = 0;

    public void incrementCounter() {
        // 这是一个非原子操作，通常分解为：
        // 1. 读取 counter 的当前值
        // 2. 将读取到的值加 1
        // 3. 将新值写回 counter
        counter += 1; 
    }

    public int getCounter() {
        return counter;
    }
}

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在 Main 类中，我们使用 ExecutorService 启动10个线程，每个线程调用 Counter 对象的 incrementCounter 方法一次。为了最大化竞态条件发生的可能性，我们使用 CountDownLatch 来确保所有线程在同一时刻开始执行计数器递增操作，并在所有线程完成后等待结果。

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// Main.java
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

        CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(10);
        CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(10);
        Counter counter = new Counter(); // 共享的非线程安全计数器实例

        for (int i=0; i<10; i++) {
            executorService.submit(() -> {
                try {
                    startSignal.countDown(); // 线程准备就绪，计数器减一
                    startSignal.await();    // 等待所有线程准备就绪后，才开始执行后续代码
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt(); // 重新设置中断标志
                    throw new RuntimeException(e);
                }

                counter.incrementCounter(); // 执行递增操作
                doneSignal.countDown();     // 线程完成，计数器减一
            });
        }

        doneSignal.await(); // 主线程等待所有工作线程完成
        System.out.println("Finished: " + counter.getCounter());
        executorService.shutdownNow(); // 关闭线程池
    }
}

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令人惊讶的是，当运行上述代码时，System.out.println 往往会输出 Finished: 10，即正确的计数结果。这与我们对非线程安全代码的预期（通常是丢失更新，导致结果小于10）相悖。