小故事引入

老王（操作系统）有一个功能强大的算盘（CPU），现在想把它租出去，赚一点外快

小南、小女（线程）来使用这个算盘来进行一些计算，并按照时间给老王支付费用
但小南不能一天24小时使用算盘，他经常要小憩一会（sleep），又或是去吃饭上厕所（阻塞 io 操作），有时还需要一根烟，没烟时思路全无（wait）这些情况统称为（阻塞）

在这些时候，算盘没利用起来（不能收钱了），老王觉得有点不划算
另外，小女也想用用算盘，如果总是小南占着算盘，让小女觉得不公平
于是，老王灵机一动，想了个办法 [ 让他们每人用一会，轮流使用算盘 ]
这样，当小南阻塞的时候，算盘可以分给小女使用，不会浪费，反之亦然
最近执行的计算比较复杂，需要存储一些中间结果，而学生们的脑容量（工作内存）不够，所以老王申请了一个笔记本（主存），把一些中间结果先记在本上
计算流程是这样的：

但是由于分时系统，有一天还是发生了事故
小南刚读取了初始值 0 做了个 +1 运算，还没来得及写回结果
老王说 [ 小南，你的时间到了，该别人了，记住结果走吧 ]，于是小南念叨着 [ 结果是1，结果是1…] 不甘心地到一边待着去了（上下文切换）
老王说 [ 小女，该你了 ]，小女看到了笔记本上还写着 0 做了一个 -1 运算，将结果-1 写入笔记本
这时小女的时间也用完了，老王又叫醒了小南：[小南，把你上次的题目算完吧]，小南将他脑海中的结果 1 写入了笔记本

小南和小女都觉得自己没做错，但笔记本里的结果是 1 而不是 0

通过上面的小故事，其实多个线程同时工作存在的问题就是资源共享的问题，上面的记事本中的被修改的值就是一个共享资源，如果不能确保这个共享资源在多个线程每时每刻都保持同步，就会发生上述的事故

线程同步问题在Java中的体现：

@Slf4j(topic = "c.ShareTest")
public class ShareTest {
    static int counter = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                counter++;
            }
        }, "t1");
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                counter--;
            }
        }, "t2");
        t1.start();
        t2.start();
        //main线程等待t1、t2的执行完毕才去打印counter
        t1.join();
        t2.join();
        //理想值是0，但是由于存在线程同步问题，而导致达不到理想值
        log.debug("{}",counter);
    }
}

可以看到，对于共享资源，多个线程操作共享资源的时候就会存在线程同步问题。

事故分析

为什么上面的静态变量 counter 自增会导致线程的不同步问题，要分析这个就需要从 JVM 指令的角度分析了。i++这行语句，会对于 JVM 中的四中指令：

getstatic i // 获取静态变量i的值
iconst_1 // 准备常量1
iadd // 自增
putstatic i // 将修改后的值存入静态变量i

而i—同样也是：

getstatic i // 获取静态变量i的值
iconst_1 // 准备常量1
isub // 自减
putstatic i // 将修改后的值存入静态变量i

而 Java 的内存模型如下，完成静态变量的自增，自减需要在主存和工作内存中进行数据交换：

如果是单线程执行，完全是不会存在不同步问题的：

但是如果是两个线程去操作共享资源i的话，就可能存在线程同步问题：

因此，导致了i出现-1和+1的情况都有可能产生，导致i不是理想的0。通过上面的分析，一个程序运行多个线程是没有问题的，这多个线程【读】共享资源也没有问题，而问题就出在多个线程对共享资源进行【读写】操作时发生指令交错，不能保证多个线程中的 i 保持一致。一段代码块内如果存在对共享资源的多线程读写操作，称这段代码块为【临界区】。多个线程在临界区内执行，由于代码的执行序列不同而导致结果无法预测，称之为发生了【竞态条件】。

Java 并发编程

线程共享带来的问题

小故事引入

事故分析