一.竟態

　　1.竟態的概念

　　　 竟態指計算結果的正確性依賴相對時間順序和線程的交錯，通俗的說就是計算結果與時間有關，對於一個同樣的輸入，有時候結果正確，有時候結果不正確。

　　　 竟態不一定會導致結果錯誤，只是說有這種導致結果出錯的可能性。

　 2.模擬竟態的產生

　　　　下面有一個模擬請求Id生成器，讓多個線程隨機生成請求id.

public final class RequestIdGenerator {

    private final static RequestIdGenerator INSTANCE = new RequestIdGenerator();
    
 
private final static short SEQ_UPPER_LIMIT = 999;
    private short sequence = -1;
    
    private RequestIdGenerator() {
        
    }
    
    public static RequestIdGenerator getInstance (){
        return INSTANCE;
    }
    
    public short nextSequence() {
        if (sequence >= SEQ_UPPER_LIMIT) {
            sequence 
 
= 0;
        } else {
            sequence++;
        }
        return sequence;
    }
    
    public String nextId() {
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyMMddHHmmss");
        String timeStamp = sdf.format(new Date());
        DecimalFormat df =new DecimalFormat("000");
        short
 
 sequenceNo = nextSequence();
        return "0049"+timeStamp+df.format(sequenceNo);
    }
}

　　　　測試類：

public class RaceConditionDemo {
    
    public static void main(String[] args) {
        int numberOfThreads = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
        Thread[] workThreads = new Thread[numberOfThreads];
        System.out.println(numberOfThreads);
        for (int i = 0; i< numberOfThreads; i++) {
            workThreads[i] = new WorkerThread(i, 10);  
        }
        for (Thread t : workThreads) {
            t.start();
        }
    }
      static class WorkerThread extends Thread {
            private final int requestCount;
            public WorkerThread (int id, int requsetCount) {
                super("worker-"+id);
                this.requestCount = requsetCount;
            }
            @Override
            public void run() {
                int i =requestCount;        
                RequestIdGenerator generator = RequestIdGenerator.getInstance();
                while (i-- > -1) {
                    String requestID = generator.nextId();
                    processRequest(requestID);
                }    
            }
            private void processRequest(String requestID) {
                Tools.randomPause(50);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+requestID);
            }
            
      }
}

　　　　按理說每個線程不同時間生成的請求id應該都是不同的，但是多次執行會發現有時候請求id是相同的。

　　　　這也就是說執行結果正確與否與時間相關，即出現了竟態。

　　3.竟態結果分析

　　　 分析可見nextSequence()這個方法導致了不同的線程拿到了相同的requestId,因為RequestIdGenerator這個類中有一個共享的全局變量sequence，多個線程並發的讀取更新

sequence導致了竟態的出現。即一個線程對sequence所做的更新可能被其它線程的更新而覆蓋掉，導致數據出現臟讀。

4.竟態的兩種模式

　　　　①read-modify-write(讀-改-寫)

　　　　　 即讀取一個共享變量的值（read），然後根據值做一些計算（modify），最後更新該變量的值（write）.

　　　　　例如sequence++就是如此，過程指令如下：

　　　　　　1.從內存中將squence的值讀取到寄存器r1中

　　　　　　2.r1的值加1

　　　　　　3.將r1的值更新到sequence變量的內存空間中

　　　　 在多線程環境下，某個線程執行完1後，可能其他線程已經更新了sequence的值，但是該線程卻仍然使用r1未更新的值去操作2,3指令，造成丟失更新和臟讀。

　　　　②check-then-act（檢測而後行動）

　　　 以下面這段代碼為例：

public short nextSequence() {
        if (sequence >= SEQ_UPPER_LIMIT) {    //步驟1
            sequence = 0;　　　　　　　　　　//步驟2.1
        } else { 
            sequence++;                  //步驟2.2
        }
        return sequence;
    }

　　　　　　檢測而後行動指讀取某個共享變量的值，根據該值做一些判斷，然後根據該判斷結果去條件執行一些操作。

　　　　　　在多線程環境下，可能當某個線程執行完步驟1後，其它線程更新了sequence的值，此時該線程仍然根據之前的判斷去做一些操作，也會造成丟失數據更新和臟讀。

多線程編程之竟態