Состояние гонки в Java

Гонка возникает, когда исход программы зависит от случайного чередования потоков, а общие данные не защищены. Один поток читает устаревшее значение, другой успевает записать своё, и часть обновлений пропадает.

Даже простое counter++ на уровне байткода распадается на загрузку, прибавление и сохранение. Между этими шагами соседний поток может выполнить ту же тройку действий с тем же стартовым числом.

Наглядный счетчик в объекте и два worker-потока:

class Tally {
	int value = 0;

	void bump() {
		value++;
	}
}

public class Main {
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		Tally tally = new Tally();
		Runnable work = () -> {
			for (int i = 0; i < 500; i++) {
				tally.bump();
			}
		};

		Thread a = new Thread(work);
		Thread b = new Thread(work);
		a.start();
		b.start();
		a.join();
		b.join();

		System.out.println(tally.value);
	}
}

Ожидали бы 1000, но печать часто показывает меньше. Чтобы убрать гонку, критический участок нужно выполнять так, будто внутри него работает только один поток.

Тот же сценарий с паузой между чтением и записью усиливает эффект:

class SlowTally {
	int value = 0;

	void bump() throws InterruptedException {
		int seen = value;
		Thread.sleep(1);
		value = seen + 1;
	}
}

public class Main {
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		SlowTally tally = new SlowTally();
		Runnable work = () -> {
			for (int i = 0; i < 100; i++) {
				try {
					tally.bump();
				} catch (InterruptedException e) {
					Thread.currentThread().interrupt();
					return;
				}
			}
		};

		Thread a = new Thread(work);
		Thread b = new Thread(work);
		a.start();
		b.start();
		a.join();
		b.join();

		System.out.println(tally.value);
	}
}

Класс Score с полем points и методом addOne() без синхронизации. Три потока по 200 вызовов. После join сравните результат с 600.