门| GATE-CS-2014-(Set-2) | 问题29

这是 GATE-CS 2014(Set-2) 的第 29 题。这道题目是一道关于并发编程的问题，需要熟悉 Java 的多线程知识才能完成。题目描述如下：

有一个线程安全的计数器类 Counter，它有两个方法 increment() 和 getValue() 分别用于增加计数器的值和返回计数器的当前值。现在有两个线程 A 和 B，它们分别执行下列代码段：

// 线程 A
for (int i = 0; i < m; i++) {
    c.increment();
}

// 线程 B
for (int j = 0; j < n; j++) {
    c.increment();
}

其中 m 和 n 分别为正整数，c 是一个 Counter 类的实例。假设 m 和 n 可以取任何值，但线程 A 和线程 B 的执行顺序是不确定的。考虑以上代码的一个执行示例，它可能会有哪些输出结果？给出理由。

解析

首先需要了解什么是线程安全。在线程安全的环境中，多个线程可以同时访问某个类的方法或者实例变量，但操作的结果是正确的。不同的线程之间不会相互干扰，也不会导致计算结果的错误。

在这个问题中，我们可以考虑线程 A 和线程 B 同时执行的情况，也就是说它们会交替地执行 c.increment() 方法。在执行 increment() 方法时，计数器的值会增加 1。如果 A 和 B 依次执行 increment() 方法，那么计数器的值最终会是 (m + n)。但是由于 A 和 B 的执行顺序是不确定的，所以它们可能会对计数器产生竞争，此时的结果可能会大于 (m + n)。

考虑以下情况：

1. 线程 A 执行完毕之前，线程 B 空转。

   A:
   1 2 3 ... m
   
   B:
   

| ```

2. 线程 B 执行完毕之前，线程 A 空转。

   A:
   

|

B:
1 2 3 ... n
```

3. A 和 B 交替执行。

   A:
   1   3   5  ... m-1
     2   4   6  ... m-1
   
   B:
     1   3   5  ... n-1
   2   4   6   ... n-1
   

在第一种情况下，计数器的最终值为 m。因为线程 B 没有执行 increment() 方法，所以计数器的值只增加了 m 次。

在第二种情况下，计数器的最终值为 n。因为线程 A 没有执行 increment() 方法，所以计数器的值只增加了 n 次。

在第三种情况下，计数器的最终值可能大于 (m + n)。因为线程 A 和线程 B 交替执行，有时候它们会同时执行 c.increment() 方法。此时计数器的值就会增加 2。在交替执行 c.increment() 方法的情况下，计数器的值会增加 2 * Math.min(m, n) 次。如果 m 和 n 相等，那么计数器的最终值为 2m。

答案

以上是这道题的解析，我们可以得出以下结论：

1. 线程 A 和线程 B 排斥，最终计数器的值只会是 m 或 n。

2. 线程 A 和线程 B 的执行顺序不确定，最终计数器的值可能大于 (m + n)。

所以，这道题的输出结果是不确定的。