Вы заметили состояние гонки в примере многопоточности в Java? Как с этим бороться?

Опубликовано: 2019-12-11

вы заметили-состояние-гонки-в-примере-многопоточности-параллелизма-java

Некоторое время назад я написал статью о примере Producer Consumer и о том, как лучше обрабатывать операции чтения/записи в Java. Аналогично, в этом уроке мы обсудим Race Condition и Thread locking .

Если у вас есть какие-либо из следующих вопросов, то вы находитесь в правильном месте:

  • Пример условия гонки Java
  • пример мьютекса java
  • многопоточность — что такое состояние гонки?
  • Условия гонки и критические участки
  • Что такое состояние гонки?
  • Как справиться с состоянием гонки в Java на примере

Почему возникает состояние гонки в Java?

Состояние гонки в Java возникает, когда two or more threads пытаются same time изменить/обновить общие данные.

Давайте посмотрим на логику программы ниже:

Это очень простой банковский пример, в котором вы будете deposit и withdraw суммы 100 times . Вы вносите 100 долларов в общей сложности 100 раз = 100 x 100 = 10 000 долларов и снимаете всего 50 долларов 100 раз = 50 x 100 = 5 000 долларов. По окончании программы в вашем банке должно быть 5000 долларов.

Вот шаги:

  1. Создайте класс CrunchifyRaceCondition.java
  2. Создать класс CrunchifyTransaction.java
  3. Создайте класс CrunchifyBankAccount.java
  4. Мы запустим класс CrunchifyRaceCondition, и он запустит цикл ввода и вывода средств 100 раз.
  5. Мы запустим его with Synchronized block чтобы проверить результат.
  6. Мы запустим его without Synchronized block чтобы проверить результат.

CrunchifyRaceCondition.java

CrunchifyRaceCondition.java
Java
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
package com . crunchify . tutorial ;
 
/**
* @author Crunchify.com
*
*/
 
public class CrunchifyRaceCondition {
 
public static void main ( String [ ] args ) {
CrunchifyBankAccount crunchifyAccount = new CrunchifyBankAccount ( "CrunchifyAccountNumber" ) ;
 
// Total Expected Deposit: 10000 (100 x 100)
for ( int i = 0 ; i < 100 ; i ++ ) {
CrunchifyTransaction t = new CrunchifyTransaction ( crunchifyAccount , CrunchifyTransaction . TransactionType . DEPOSIT_MONEY , 100 ) ;
t . start ( ) ;
}
 
// Total Expected Withdrawal: 5000 (100 x 50)
for ( int i = 0 ; i < 100 ; i ++ ) {
CrunchifyTransaction t = new CrunchifyTransaction ( crunchifyAccount , CrunchifyTransaction . TransactionType . WITHDRAW_MONEY , 50 ) ;
t . start ( ) ;
 
}
 
// Let's just wait for a second to make sure all thread execution completes.
try {
Thread . sleep ( 1000 ) ;
} catch ( InterruptedException e ) {
System . out . println ( e ) ;
}
 
// Expected account balance is 5000
System . out . println ( "Final Account Balance: " + crunchifyAccount . getAccountBalance ( ) ) ;
}
}

CrunchifyTransaction.java

CrunchifyTransaction.java
Java
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
package com . crunchify . tutorial ;
 
/**
* @author Crunchify.com
*/
 
class CrunchifyTransaction extends Thread {
 
public static enum TransactionType {
DEPOSIT_MONEY ( 1 ) , WITHDRAW_MONEY ( 2 ) ;
 
private TransactionType ( int value ) {
}
} ;
 
private TransactionType transactionType ;
private CrunchifyBankAccount crunchifyAccount ;
private double crunchifyAmount ;
 
/*
* If transactionType == 1, depositAmount() else if transactionType == 2 withdrawAmount()
*/
public CrunchifyTransaction ( CrunchifyBankAccount crunchifyAccount , TransactionType transactionType , double crunchifyAmount ) {
this . transactionType = transactionType ;
this . crunchifyAccount = crunchifyAccount ;
this . crunchifyAmount = crunchifyAmount ;
}
 
public void run ( ) {
switch ( this . transactionType ) {
case DEPOSIT_MONEY :
depositAmount ( ) ;
printBalance ( ) ;
break ;
case WITHDRAW_MONEY :
withdrawAmount ( ) ;
printBalance ( ) ;
break ;
default :
System . out . println ( "NOT A VALID TRANSACTION" ) ;
}
}
 
public void depositAmount ( ) {
this . crunchifyAccount . depositAmount ( this . crunchifyAmount ) ;
}
 
public void withdrawAmount ( ) {
this . crunchifyAccount . withdrawAmount ( crunchifyAmount ) ;
}
 
public void printBalance ( ) {
System . out . println ( Thread . currentThread ( ) . getName ( ) + " : TransactionType: " + this . transactionType + ", Amount: " + this . crunchifyAmount ) ;
System . out . println ( "New Account Balance: " + this . crunchifyAccount . getAccountBalance ( ) ) ;
}
}

CrunchifyBankAccount.java

CrunchifyBankAccount.java
Java
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
package com . crunchify . tutorial ;
 
/**
* @author Crunchify.com
*/
 
class CrunchifyBankAccount {
private String crunchifyAccountNumber ;
private double crunchifyAccountBalance ;
 
public String getAccountNumber ( ) {
return crunchifyAccountNumber ;
}
 
public double getAccountBalance ( ) {
return crunchifyAccountBalance ;
}
 
public CrunchifyBankAccount ( String crunchifyAccountNumber ) {
this . crunchifyAccountNumber = crunchifyAccountNumber ;
}
 
// Make a note of this line -- synchronized keyword added
public synchronized boolean depositAmount ( double amount ) {
if ( amount < 0 ) {
return false ;
} else {
crunchifyAccountBalance = crunchifyAccountBalance + amount ;
return true ;
}
}
 
// Make a note of this line -- synchronized keyword added
public synchronized boolean withdrawAmount ( double amount ) {
if ( amount > crunchifyAccountBalance ) {
return false ;
} else {
crunchifyAccountBalance = crunchifyAccountBalance - amount ;
return true ;
}
}
}

Пожалуйста, проверьте строки 24 и 34 выше. Сохраните это ключевое слово Synchronized и запустите свою программу. Вы должны увидеть правильный результат, как показано на изображении ниже.

Ключевое слово синхронизированного блока Java — Crunchify

Теперь удалите ключевое слово synchronized из строк 24 и 34 и запустите ту же программу.

Возможно, вам придется запустить эту программу несколько раз, чтобы увидеть проблему. В java нет гарантии, что вы все время будете видеть состояние гонки.

Java без ключевого слова синхронизированного блока - Crunchify

Если у вас есть приложение уровня предприятия, и вы говорите о миллионах транзакций в секунду, то состояние гонки может привести к катастрофе для вашей компании.

Теперь вопрос в том, как избежать состояния гонки в вашем Java-приложении?

  1. Если состояние гонки связано с обновлениями некоторых общих структур данных в памяти, вам необходимо синхронизировать доступ и обновления к структуре данных соответствующим образом.
  2. Если состояние гонки находится в обновлениях вашей базы данных, вам необходимо реструктурировать свой SQL, чтобы использовать транзакции на соответствующем уровне детализации.
  3. Неплохая идея провести нагрузочное тестирование перед запуском в производство. Большая нагрузка может вызвать редкое состояние гонки. Лучше исправить до того, как исправить потом.
  4. Убедитесь, что у вас нет глобальной переменной, в которую вы записываете.
  5. В Java каждый объект имеет один и только один монитор и связанный с ним мьютекс. Однако у одного монитора есть несколько дверей, каждая из которых обозначена ключевым словом synchronized . Когда поток проходит через ключевое слово synchronized , он эффективно запирает все двери.
  6. Конечно, если поток не проходит через ключевое слово synchronized , он не запер дверь, и какой-то другой поток может свободно ворваться в любое время.