教程：检测并发问题

问题

与并发相关的错误的一个常见示例是竞争条件。当多个线程同时修改某些共享数据时，就会发生这种情况。只要两个线程所做的修改不重叠，代码就可以正常工作。

这种重叠可能非常罕见，并导致我们认为代码中没有缺陷。但是，当线程操作重叠时，数据就会损坏。

如果我们不考虑这一点，就不能保证线程不会同时操作数据，特别是当我们处理比读写更复杂的事情时。幸运的是，Java 具有内置同步机制，可确保一次只有一个线程处理数据。

让我们考虑以下代码：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

public class ConcurrencyTest {
    static final List a = Collections.synchronizedList(new ArrayList());

    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(() -> addIfAbsent(17));
        t.start();
        addIfAbsent(17);
        t.join();
        System.out.println(a);
    }

    private static void addIfAbsent(int x) {
        if (!a.contains(x)) {
            a.add(x);
        }
    }
}

该addIfAbsent方法检查列表是否包含特定元素，如果不包含，则添加它。我们从不同的线程调用此方法两次。两次我们都传递相同的整数值 ( 17)，并且由于保护条件(!a.contains(x))，只有第一个调用该方法的线程应该能够添加该值。使用SynchronizedList应该可以保护我们免受竞争条件的影响。最后，该System.out.println(a)语句打印出列表的内容。

如果我们长期使用这段代码，我们会发现有时它仍然会产生意想不到的结果。

提示

如果您很好奇并且想要重现意外行为，您可以创建一个测试，该测试将反复运行，直到第一次失败。

为了找到原因，让我们检查代码是如何运行的，看看我们是否真的设法防止了竞争条件。

重现该错误

使用 IntelliJ IDEA 调试器，您可以测试应用程序的多线程设计，并通过控制单个线程而不是整个应用程序来重现与并发相关的错误。

笔记

如果停止特定线程会破坏应用程序的操作，则表明存在设计缺陷。在稳健的设计中，无论事件时序如何，线程都能正确运行。

输出 ( [17, 17]) 表明两个线程可以绕过保护条件和同步来添加相同的值。我们使用调试器来模拟它发生的方式，这表明存在竞争条件，我们需要纠正我们的方法。

修正程序

正如我们刚才所看到的，SynchronizedList没有提供我们预期的那么多保护。它确保一次只有一个线程修改列表。然而，我们仍然应该考虑到检查if (!a.contains(x))和修改a.add(x)不是原子操作。因此，两个线程都能够在将任何内容添加到列表之前评估条件。

让我们通过将条件包装在同步块中来更正代码。

private static void addIfAbsent(int x) {
    synchronized (a) {
        if (!a.contains(x)) {
            a.add(x);
        }
    }
}

现在，我们可以使用更正的代码重复该过程，并确保问题不再重现。