为什么在这段代码中同步没有正常工作？

Question

在过去的几天里，我一直在阅读有关多线程的文章，并遇到了一个使用多线程的简单任务。这是任务：

创建一个应用程序，模拟50米（在我的代码中它们是10米，不重要）的赛跑。运动员数量应为5人，您应该为每个运动员线程命名。打印获胜者。所有其他线程也应完成比赛。打印每个运动员完成比赛所需的时间，并突出显示获胜者的时间。

这是我编写的代码：

public class Racer implements Runnable {
    public static String winner;
    public static int time = 0;

    public void incrementTime() {
        synchronized (Racer.class) {
            time++;
        }
    }
    public void race() {
        for (int distance = 1; distance <= 10; distance++) {
            incrementTime();
            System.out.println("Distance covered by " + Thread.currentThread().getName() + " is " + distance + " meters.");
            boolean finalDest = this.isTheRaceOver(distance);
            if (finalDest) {
                break;
            }
        }
    }
    private boolean isTheRaceOver(int finalDistance) {
        boolean isRaceOver = false;
        if (Racer.winner == null && finalDistance == 10) {
            String winnerName = Thread.currentThread().getName();
            Racer.winner = winnerName;
            System.out.println("The winner is : " + Racer.winner + " with time " + time);
            isRaceOver = true;
        } else if (Racer.winner == null) {
            isRaceOver = false;
        } else if (finalDistance != 10) {
            isRaceOver = false;
        } else if (finalDistance == 10) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is with time " + time);
        }
        return isRaceOver;
    }
    @Override
    public void run() {
        this.race();
    }
}

public class RacerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Racer racer = new Racer();
        Thread a = new Thread(racer, "A");
        Thread b = new Thread(racer, "B");
        Thread c = new Thread(racer, "C");
        Thread d = new Thread(racer, "D");
        Thread e = new Thread(racer, "E");
        a.start();
        b.start();
        c.start();
        d.start();
        e.start();
    }
}

其中一个输出结果为：

A跑了1米
C跑了1米
C跑了2米
C跑了3米
C跑了4米
C跑了5米
C跑了6米
C跑了7米
C跑了8米
C跑了9米
C跑了10米
胜利者是：C，时间为12 // 应该是11吗？
B跑了1米
B跑了2米
......等等

问题在于，当程序打印每个选手（线程）所用的时间时，它显示的时间不正确。我已将incrementTime()同步化，但程序仍然无法正常工作。你能告诉我错在哪里吗？我的错误在哪里？

- Roxy

Answer 1

每个跑步者都在增加时间，导致状态不一致。您应该将赛车手与实际比赛分开，这可能需要使用一个单独的类。

您的问题出现在Racer Runnable的race方法中，每个跑步者都在增加静态时间字段，从而导致意外行为。

- eavidan

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这个解释是正确的。我不知道为什么它被踩了。 - Darshan Mehta

是的，我知道问题出在race()函数上，但几分钟前，我尝试在for循环内部创建了一个同步块，似乎可以正常工作...我已经多次运行它了...但还是谢谢你！ - Roxy

Answer 2

在您的实现中，time被所有线程共享。因此，如果一个线程增加它，另一个线程将读取该值，例如：

• 线程1进入race()，时间值为0
• 线程1调用incrementTime()将值更改为1
• 线程2进入race()，时间值为1
• 线程2调用incrementTime()将值更改为2

这将使time变量处于不一致的状态。为避免这种情况，您可以尝试在race()方法内声明time，以便每个线程都有自己的时间。

- Darshan Mehta

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谢谢你的回答，但我想到了其他的事情。 - Roxy

Answer 3

由于您同步了一个默认情况下为原子的整数，因此您将得到与未同步块相同的结果。同步关键字是不必要的，因此根本没有同步。

A 跑了 1 米。
C 跑了 1 米。
C 跑了 2 米。
...
冠军是：C，用时12 // 应该是11吗？

从输出结果中可以看出，另一个线程也增加了时间。可能有另一个线程在打印赢家之前就已经增加了时间。要解决这个问题，您必须同时同步 incrementTime 和 isTheRaceOver 方法，这样您就可以确保另一个线程无法在您打印之前增加时间。

但是：同步块不能保证更新对其他线程可见，这称为缓存一致性。如果您在更新变量时不使用 volatile 关键字，则不能保证另一个线程将看到它。例如，即使您设置了赢家，另一个线程仍然可能将其视为空。

确保使用 volatile 关键字或锁（也使用内存屏障）来确保更新对其他线程可见。

- Görkem Mülayim

Answer 4

每个跑步者增加时间，只有增加时间方法上有锁。 跑步者C完成比赛并调用isRaceOver方法。 当c要获得11的时间时，线程b运行race方法，悄悄地增加1的时间。 结果，c获得12的时间并错误地输出时间。 如果您的意图是让所有跑步者都能增加时间，您必须确保一次只有1个线程在运行race或IsTheRaceOver。

- Smith