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
public class IncrementTestDemo { public static int count = 0;
public static Counter counter = new Counter();
public static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
volatile public static int countVolatile = 0; public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread() {
public void run() {
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
count++;
counter.increment();
atomicInteger.getAndIncrement();
countVolatile++;
}
}
}.start();
}
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} System.out.println("static count: " + count);
System.out.println("Counter: " + counter.getValue());
System.out.println("AtomicInteger: " + atomicInteger.intValue());
System.out.println("countVolatile: " + countVolatile);
} } class Counter {
private int value; public synchronized int getValue() {
return value;
} public synchronized int increment() {
return ++value;
} public synchronized int decrement() {
return --value;
}
}
输出结果:
static count: 9952
Counter: 10000
AtomicInteger: 10000
countVolatile: 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.TestDemo
Compiled 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>":()V
4: return public void code();
Code:
0: getstatic #2 // Field count:I
3: iconst_1
4: iadd
5: putstatic #2 // Field count:I
8: 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:
Java - 并发 atomic, synchronization and volatile
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