面试题：Kotlin并发编程中的线程安全问题及解决

Question

在Kotlin的并发编程场景下，当多个协程同时访问和修改共享资源时，会面临哪些线程安全问题？请举例说明，并阐述如何使用`@Synchronized`注解、`Mutex`等方式来确保线程安全。

Answer 1

线程安全问题

1. 竞态条件（Race Condition）：多个协程同时访问和修改共享资源，最终结果取决于协程执行的顺序。例如，假设有一个共享变量count，多个协程对其进行自增操作：

var count = 0
fun main() = runBlocking {
    val jobs = List(100) {
        launch {
            repeat(100) {
                count++
            }
        }
    }
    jobs.forEach { it.join() }
    println("Final count: $count")
}

由于多个协程同时访问和修改count，最终结果可能小于预期的10000，因为不同协程的自增操作可能相互覆盖。

2. 数据不一致（Data Inconsistency）：共享资源的状态可能处于不一致的中间状态。比如，一个协程在更新对象的多个相关字段时，另一个协程在更新过程中读取该对象，可能获取到不完整或不一致的数据。

使用@Synchronized注解确保线程安全

在Kotlin中，@Synchronized注解可以应用于方法，确保同一时间只有一个线程（或协程）能够执行该方法，从而保护共享资源。例如：

class Counter {
    private var count = 0
    @Synchronized
    fun increment() {
        count++
    }
    @Synchronized
    fun getCount(): Int {
        return count
    }
}
fun main() = runBlocking {
    val counter = Counter()
    val jobs = List(100) {
        launch {
            repeat(100) {
                counter.increment()
            }
        }
    }
    jobs.forEach { it.join() }
    println("Final count: ${counter.getCount()}")
}

这里，@Synchronized确保了increment和getCount方法在同一时间只有一个协程可以执行，避免了竞态条件。

使用Mutex确保线程安全

Mutex（互斥锁）是一种同步原语，用于控制对共享资源的访问。只有获取到锁的协程才能访问共享资源。例如：

import kotlinx.coroutines.*
import kotlinx.coroutines.sync.Mutex
val mutex = Mutex()
var count = 0
fun main() = runBlocking {
    val jobs = List(100) {
        launch {
            repeat(100) {
                mutex.lock()
                try {
                    count++
                } finally {
                    mutex.unlock()
                }
            }
        }
    }
    jobs.forEach { it.join() }
    println("Final count: $count")
}

在这段代码中，mutex.lock()获取锁，确保只有一个协程可以进入临界区（修改count的代码块），mutex.unlock()释放锁，允许其他协程获取锁并访问共享资源，从而保证了线程安全。