AtomicReference 的单个元素上的数据竞争

Question

我有一个关于通过原子引用访问单个元素的问题。如果我有一个 IntegerArray 和对它的原子引用；通过 AtomicReference 变量读取和写入数组的各个元素会导致数据竞争吗？

在下面的代码中：num 是一个整数数组，其中 aRnumbers 是对该数组的原子引用。在线程 1 和 2 中；我访问 aRnumbers.get()[1] 并将其递增 1.

我能够通过原子引用访问单个元素，而无需数据竞争，每次都获得准确的结果，在两个线程完成后，主线程中 aRnumbers.get()[1] 的输出为 22。

但是，由于原子引用是在数组而不是单个元素上定义的；在这种情况下，不应该存在导致输出为 21/22 的数据竞争吗？

在这种情况下，数据竞争难道不是拥有 AtomicIntegerArray 数据结构的动机，该数据结构为每个元素提供单独的 AtomicReference？

请在 java 代码下方找到我正在尝试 run.Could 任何人请告诉我哪里出错了。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class AtomicReferenceExample {


    private static int[] num= new int[2];
    private static AtomicReference<int[]> aRnumbers;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(new MyRun1());
        Thread t2 = new Thread(new MyRun2());

        num[0]=10;
        num[1]=20;

        aRnumbers = new AtomicReference<int[]>(num);

        System.out.println("In Main before:"+aRnumbers.get()[0]+aRnumbers.get()[1]);

        t1.start();
        t2.start();

        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println("In Main after:"+aRnumbers.get()[0]+aRnumbers.get()[1]);
    }

    static class MyRun1 implements Runnable {
        public void run() {
            System.out.println("In T1 before:"+aRnumbers.get()[1]);
            aRnumbers.get()[1]=aRnumbers.get()[1]+1;

        }
    }

    static class MyRun2 implements Runnable {
        public void run() {
            System.out.println("In T2 before:"+aRnumbers.get()[1]);
            aRnumbers.get()[1]=aRnumbers.get()[1]+1;

        }

    }

}

Answer 1

shouldn't there be a data race in this case leading to 21/22 as the output?

确实有。您的线程存在时间如此短，很可能它们不会同时运行。

Isn't having data races in this case the motivation for having a AtomicIntegerArray data structure which provides a separate AtomicReference to each element?

是的，是的。

Could anyone kindly let me know where I am going wrong.

启动线程需要 1 - 10 毫秒。

即使没有对代码进行 JIT，增加这样的值也可能需要 << 50 微秒。如果对其进行优化，则每次增量大约需要 50 - 200 纳秒。

由于启动一个线程所花的时间比运行它们的时间长大约 20 - 200 倍，因此它们不会同时运行，因此不存在竞争条件。

尝试将该值递增几百万次，因为两个线程同时处于运行状态，所以您会遇到竞争条件。

Answer 2

增加一个元素包括三个步骤：

正在读取值。
增加值。
正在写回值。

可能会出现竞争条件。举个例子：线程 1 读取值（比方说 20）。任务切换。线程 2 读取值（再次为 20），将其递增并写回（21）。任务切换。第一个线程递增该值并将其写回 (21)。因此，虽然发生了 2 次递增操作，但最终值仍然只递增了 1。

数据结构在这种情况下没有帮助。线程安全集合有助于在并发线程添加、访问和删除元素时保持结构一致。但是这里需要在自增操作的三个步骤中锁定对某个元素的访问。

AtomicReference 的单个元素上的数据竞争

Data Races on individual elements of an AtomicReference

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