Java 多线程加减交替运算为何结果与预期不符？

java 多线程实现加减交替运算 结果与预期不符

在给出的 java 代码中，作者使用多线程尝试实现加减交替运算，但运行时出现结果与预期不符的问题。代码如下：

class resource {
    // 定义一个操作的资源
    private int num = 0;        // 定义要进行加减操作的数据
    private boolean flag = true;  // flag = true 表示可以进行加法操作,无法进行减法操作
                                 // flag = false 表示可以进行减法操作,无法进行加法操作

    public synchronized void add() throws interruptedexception {
        // 现在需要执行的是减法操作,加法操作需要等待
        if (!this.flag) {
            super.wait();
        }
        thread.sleep(100);
        this.num++;
        system.out.println("[加法操作-" + thread.currentthread().getname() + "]num = " + this.num+ " " + this.flag);
        this.flag = false;
        super.notifyall();
    }

    public synchronized void sub() throws interruptedexception {
        // 现在进行的是减法操作,加法操作需要等待
        if (this.flag) {
            super.wait();
        }
        thread.sleep(200);
        this.num--;
        system.out.println("[减法操作-" + thread.currentthread().getname() + "]num = " + this.num + " " + this.flag);
        this.flag = true;
        super.notifyall();
    }
}

class addthread implements runnable {
    private resource resource;

    public addthread(resource resource) {
        this.resource = resource;
    }

    @override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            try {
                this.resource.add();
            } catch (interruptedexception e) {
                e.printstacktrace();
            }
        }
    }
}

class subthread implements runnable {
    private resource resource;

    public subthread(resource resource) {
        this.resource = resource;
    }

    @override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            try {
                this.resource.sub();
            } catch (interruptedexception e) {
                e.printstacktrace();
            }
        }
    }
}

public class mycalculation {
    public static void main(string[] args) {
        resource resource = new resource();
        addthread addthread = new addthread(resource);
        subthread subthread = new subthread(resource);
        new thread(addthread, "加法线程a").start();
        new thread(addthread, "加法线程b").start();
        new thread(subthread, "减法线程a").start();
        new thread(subthread, "减法线程b").start();
    }
}

问题在于，多个线程同时进入 add 或 sub 方法后，可能会出现竞争条件。例如，当 sub 线程进入方法后，如果 flag 为 true，线程将进入 wait() 状态。此时，add 线程可以成功进入方法，将 num 加 1。然后，add 线程将 flag 设置为 false，并唤醒所有等待的线程。但此时，sub 线程仍处于 wait 状态，无法继续执行。当 sub 线程被唤醒后，它将继续执行，并可能将 num 减 1。这样，最终结果可能与预期不符，导致 num 出现负值。

为了解决这个问题，java 中提供了 wait(long) 和 notifyall(long) 方法，可以指定等待时间。通过设置等待时间，可以防止线程处于 wait 状态过久，从而避免出现竞争条件。

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修改后的代码如下：

public synchronized void add() throws interruptedexception {
    // 现在需要执行的是减法操作,加法操作需要等待
    while (!this.flag) {
        super.wait(10);
    }
    thread.sleep(100);
    this.num++;
    system.out.println("[加法操作-" + thread.currentthread().getname() + "]num = " + this.num+ " " + this.flag);
    this.flag = false;
    super.notifyall(10);
}

public synchronized void sub() throws InterruptedException {
    // 现在进行的是减法操作,加法操作需要等待
    while (this.flag) {
        super.wait(10);
    }
    Thread.sleep(200);
    this.num--;
    System.out.println("[减法操作-" + Thread.currentThread().getName() + "]num = " + this.num + " " + this.flag);
    this.flag = true;
    super.notifyAll(10);
}