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Java自增原子性问题(测试Volatile AtomicInteger)

时间:2022-01-10 17:18:57

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Java自增原子性问题(测试Volatile AtomicInteger)

这是美团一面面试官的一个问题,后来发现这是一道面试常见题,怪自己没有准备充分:i++;在多线程环境下是否存在问题?当时回答存在,接着问,那怎么解决?。。。好吧,我说加锁或者synchronized同步方法。接着问,那有没有更好的方法?

经过一番百度、谷歌,还可以用AtomicInteger这个类,这个类提供了自增、自减等方法(如i++或++i都可以实现),这些方法都是线程安全的。

一、补充概念

1.什么是线程安全性?

《Java Concurrency in Practice》中有提到:当多个线程访问某个类时,这个类始终都能表现出正确的行为,那么就称这个类是线程安全的。

2.Java中的“同步”

Java中的主要同步机制是关键字“synchronized”,它提供了一种独占的加锁方式,但“同步”这个术语还包括volatile类型的变量,显式锁(Explicit Lock)以及原子变量。

2.原子性

原子是世界上的最小单位,具有不可分割性。比如 a=0;(a非long和double类型)这个操作是不可分割的,那么我们说这个操作时原子操作。再比如:a++;这个操作实际是a = a + 1;是可分割的,所以他不是一个原子操作。非原子操作都会存在线程安全问题,需要我们使用同步技术(sychronized)来让它变成一个原子操作。一个操作是原子操作,那么我们称它具有原子性。java的concurrent包下提供了一些原子类,我们可以通过阅读API来了解这些原子类的用法。比如:AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等。

二、实例源码

1 public class IncrementTestDemo { 2 3public static int count = 0; 4public static Counter counter = new Counter(); 5public static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0); 6volatile public static int countVolatile = 0; 78public static void main(String[] args) { 9 for (int i = 0; i < 10; i++) {10 new Thread() {11 public void run() {12 for (int j = 0; j < 1000; j++) {13count++;14counter.increment();15atomicInteger.getAndIncrement();16countVolatile++;17 }18 }19 }.start();20 }21 try {22 Thread.sleep(3000);23 } catch (InterruptedException e) {24 e.printStackTrace();25 }26 27 System.out.println("static count: " + count);28 System.out.println("Counter: " + counter.getValue());29 System.out.println("AtomicInteger: " + atomicInteger.intValue());30 System.out.println("countVolatile: " + countVolatile);31}3233 }34 35 class Counter {36private int value;37 38public synchronized int getValue() {39 return value;40}41 42public synchronized int increment() {43 return ++value;44}45 46public synchronized int decrement() {47 return --value;48}49 }

输出结果:

static count: 9952Counter: 10000AtomicInteger: 10000countVolatile: 9979

第一行与最后一行,每次运行将得到不同的结果,但是中间两行的结果相同。

通过上面的例子说明,要解决自增操作在多线程环境下线程不安全的问题,可以选择使用Java提供的原子类,或者使用synchronized同步方法。

而通过Volatile关键字,并不能解决非原子操作的线程安全性。Volatile详解

三、Java中的自增原理

虽然递增操作++i是一种紧凑的语法,使其看上去只是一个操作,但这个操作并非原子的,因而它并不会作为一个不可分割的操作来执行。实际上,它包含了三个独立的操作:读取count的值,将值加1,然后将计算结果写入count。这是一个“读取 - 修改 - 写入”的操作序列,并且其结果状态依赖于之前的状态。

下面写一个简单的类,用jdk中的工具javap来反编译Java字节码文件。

/*** @author zhengbinMac*/public class TestDemo {public static int count;public void code() {count++;}}

localhost:Increment zhengbinMac$ javap -c TestDemo警告: 二进制文件TestDemo包含Increment.TestDemoCompiled from "TestDemo.java"public class Increment.TestDemo {public static int count;public Increment.TestDemo();Code:0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V4: return public void code();Code:0: getstatic#2 // Field count:I3: iconst_14: iadd5: putstatic#2 // Field count:I8: return }

如上字节码,我们发现自增操作包括取数(getstatic #2)、加一(iconst_1和iadd)、保存(putstatic #2),并不是我们认为的一条机器指令搞定的。

参考博文:

关于Java自增操作的原子性分析

JAVA中如何保证线程安全以及主键自增有序

Java - 并发 atomic, synchronization and volatile

java并发之原子性与可见性(一)

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