门|门 IT 2006 |问题 19

简介

本题旨在考察程序员对于并发编程的掌握和理解，要求实现一个支持多个线程访问的计数器。

问题描述

请实现一个名为 Counter 的计数器类，满足以下要求：

1. 初始值为 0。
2. 该类需要支持两个方法：
   • increment()：将计数器加一。
   • getCount()：获取当前计数器的值。
3. 该类需要支持多个线程同时对计数器进行访问，要求线程安全。

解决方案

概述

为了保证计数器的线程安全，我们可以使用 Java 内置的锁机制——synchronized，在方法级别上添加同步锁，确保在同一时刻只能有一个线程访问计数器。

基础实现

我们先来看一下基础实现的代码：

public class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

在 increment() 和 getCount() 方法的声明中，我们添加了 synchronized 关键字，这表示这两个方法是同步方法，多个线程在同时访问这两个方法时，只能有一个线程在执行，并且其他的线程将会在同步队列中等待，直到锁被释放。

优化实现

在基础实现中，每次访问计数器都需要获得锁，这对于多线程高并发的应用来说，效率可能不太高。为了优化这种情况，我们可以采用另一种基于 CAS（Compare and Swap）机制的线程安全方式。

CAS 是目前比较流行的一种无锁算法，它将一个变量的当前值与期望值进行比较，如果相等，则执行特定操作，否则不做任何操作。这种方式可以避免线程的死锁和线程消耗过多资源的情况，适用于高并发、低冲突的应用场景。

下面是使用 CAS 机制的优化实现：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Counter {
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    public void increment() {
        count.incrementAndGet();
    }

    public int getCount() {
        return count.get();
    }
}

在这种情况下，我们不需要显式地使用锁机制来保证线程安全。我们使用了 AtomicInteger 类，它可以确保 incrementAndGet() 和 get() 方法的原子性。incrementAndGet() 方法会将当前值加 1，并返回新值，而 get() 方法会直接获取当前值。这两个方法都是原子性的，因此可以保证线程安全。

总结

本题旨在考察程序员对于并发编程的掌握和理解，同时也是考察程序员解决问题的能力。在解决该问题时，我们可以采用 Java 内置的同步工具 synchronized，也可以采用无锁算法 CAS，具体的选择应该根据具体的业务要求而定。需要注意的是，为了保证代码的可读性和可维护性，在添加同步机制时应该尽可能地将同步逻辑独立出来，避免代码的臃肿，影响代码的可维护性。