1. 什么是Java并发竞态条件异常？
在多线程并发编程中，由于线程间共享数据，如果多个线程同时对同一数据进行读写操作，就可能会发生并发竞态条件，从而导致程序出现异常。具体来说，当多个线程同时对某个变量进行读写操作，而不加控制地执行了交叉操作，就可能导致最终结果不稳定或不符合预期结果，这种情况就称为Java并发竞态条件异常。
下面是一个简单的例子：
public class ConcurrentExample {
private int value;
public void setValue(int value) {
this.value = value;
}
public int getValue() {
return this.value;
}
}
public class ConcurrentTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ConcurrentExample example = new ConcurrentExample();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(() -> {
example.setValue(example.getValue() + 1);
}).start();
}
Thread.sleep(3000);
System.out.println(example.getValue());
}
}
上面的代码中，ConcurrentExample类中有一个int类型的成员变量value，并提供了对变量的读写操作。在ConcurrentTest类中，启动了一千个线程，每个线程都对变量value进行加1操作，并在主线程中输出value的值。如果一切正常，输出的value应该是10000。但是，由于多个线程对变量value进行交叉读写，就可能导致最终结果不稳定，而且每次输出的结果可能都不同，这就是Java并发竞态条件异常。
2. 解决Java并发竞态条件异常的方法
既然Java并发竞态条件异常是由线程间对共享数据进行不加控制地读写操作引起的，那么解决这个问题的根本方法就是对线程的执行进行控制和协调，确保每个线程在进行读写操作时都得到正确的锁保护，从而避免竞态条件的发生。
2.1 使用synchronized关键字
synchronized关键字是Java中最基本的锁机制，用于实现线程的互斥访问。在Java synchronized关键字中，每个对象都有且仅有一个锁，称为内置锁或监视器锁。当线程执行到某个需要锁保护的代码块时，需要先获取该锁，然后再执行代码，代码执行完后，再释放该锁，使其他需要该锁的线程能够执行。
下面是使用synchronized关键字修复上面并发竞态条件异常的代码：
public class ConcurrentExample {
private int value;
public synchronized void setValue(int value) {
this.value = value;
}
public synchronized int getValue() {
return this.value;
}
}
public class ConcurrentTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ConcurrentExample example = new ConcurrentExample();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(() -> {
example.setValue(example.getValue() + 1);
}).start();
}
Thread.sleep(3000);
System.out.println(example.getValue());
}
}
在这个例子中，setValue()和getValue()方法加上了synchronized关键字，也就是说，只有获取了ConcurrentExample对象的内置锁，才能够执行这些方法，从而避免了并发竞态条件的发生，使得输出的结果总是10000。
然而，在并发编程中，synchronized关键字并不是万能的，因为它最主要的问题是性能开销比较大。具体来说，使用synchronized关键字会导致线程在执行过程中频繁地阻塞和唤醒，从而严重影响程序的性能。
2.2 使用Lock接口
Lock接口是Java中提供的另一种锁机制，可以更加灵活地控制线程的执行。相对于synchronized关键字，Lock接口最主要的优点是具有更高的可伸缩性和更好的性能。
下面是使用Lock接口修复上面并发竞态条件异常的代码：
public class ConcurrentExample {
private int value;
private Lock lock = new ReentrantLock();
public void setValue(int value) {
lock.lock();
try {
this.value = value;
} finally {
lock.unlock();
}
}
public int getValue() {
lock.lock();
try {
return this.value;
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
public class ConcurrentTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ConcurrentExample example = new ConcurrentExample();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(() -> {
example.setValue(example.getValue() + 1);
}).start();
}
Thread.sleep(3000);
System.out.println(example.getValue());
}
}
在这个例子中，ConcurrentExample类中使用了Lock接口实现对线程的协调。具体来说，setValue()和getValue()方法中使用了ReentrantLock的实现，通过lock()方法获取到当前线程的锁保护，然后执行相应的方法，最后使用unlock()方法释放当前线程的锁，使得其他线程可以获取到该锁并执行相应的代码。
虽然使用Lock接口比使用synchronized关键字具有更高的可伸缩性和更好的性能，但是它也有它的局限性，因为它需要手动进行加锁和释放锁，容易出现死锁等问题。
2.3 使用原子操作类
原子操作是指一种不可中断的操作，或者说是一种不可被分割的操作。在Java并发编程中，原子操作类主要是针对于常用变量类型（如int、long、boolean等）提供的线程安全的操作方法，可以确保在同时进行读写操作时不产生竞态条件。
下面是使用原子操作类修复上面并发竞态条件异常的代码：
public class ConcurrentExample {
private AtomicInteger value = new AtomicInteger();
public void setValue(int value) {
this.value.set(value);
}
public int getValue() {
return this.value.get();
}
}
public class ConcurrentTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ConcurrentExample example = new ConcurrentExample();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(() -> {
example.setValue(example.getValue() + 1);
}).start();
}
Thread.sleep(3000);
System.out.println(example.getValue());
}
}
在这个例子中，ConcurrentExample类中使用了AtomicInteger类实现了原子操作，可以确保不会出现竞态条件。具体来说，setValue()和getValue()方法分别使用了set()和get()方法，这些操作都是原子操作，能够保证线程的安全。
原子操作类虽然使用比较方便，不需要去手动加锁或解锁，但是它只能针对于特定的变量类型进行操作，操作方法也比较有限。
2.4 使用并发集合类
并发集合类是Java中提供的另一种实现线程安全的数据结构的方法。相对于普通的集合类，这些集合类可以在并发的情况下进行插入、删除和更新等操作，保证线程的安全性和一致性。
下面是使用并发集合类修复上面并发竞态条件异常的代码：
public class ConcurrentExample {
private AtomicInteger value = new AtomicInteger();
private List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
public void setValue(int value) {
this.value.set(value);
}
public void addToList(int value) {
list.add(value);
}
public int getSize() {
return list.size();
}
}
public class ConcurrentTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ConcurrentExample example = new ConcurrentExample();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(() -> {
example.setValue(example.getValue() + 1);
example.addToList(example.getValue());
}).start();
}
Thread.sleep(3000);
System.out.println(example.getSize());
}
}
在这个例子中，ConcurrentExample类中使用了CopyOnWriteArrayList实现了并发集合类，可以保证线程的安全。具体来说，addToList()方法是针对集合类的操作，使用了CopyOnWrite的技术，也就是说，在进行添加、删除、更新或重排等操作时，都会创建一个新的集合副本，而不是直接在原有集合上进行操作，以保证线程的安全。
并发集合类可以大大简化代码的编写，而且它们都是线程安全的，但是它们的缺点是在某些情况下，容易消耗过多的内存，因为每次操作都需要创建一个新的集合副本。
3. 总结
本文主要介绍了Java并发编程中的竞态条件异常，并给出了四种常见的解决方法，分别是使用synchronized关键字、使用Lock接口、使用原子操作类和使用并发集合类。这四种方法各有优缺点，应根据具体情况选择。最后，需要特别注意的是，使用多线程编程时，一定要规范地操作共享变量，加锁和解锁必须成对使用，否则就容易出现竞态条件，导致程序异常。