java中的++i是线程安全的吗?

Posted 冯廷鑫

tags:

篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了java中的++i是线程安全的吗?相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

java中的++i是线程安全的吗?为什么?怎么使它线程安全呢?

先说答案:

非线程安全

先说下为什么是非线程安全的? 

从Java内存模型说起

Java内存模型规定了所有的便利都存储在主内存中,每个线程还有自己的工作内存,工作内存中保存了该线程使用到的变量的主内存副本拷贝,线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行,不能直接读写主内存中的变量。不同的线程之间的也无法直接访问对方的工作内存中的变量。

下图是线程、主内存、工作内存三者的交互关系  (考虑到java内存模型跟物理机类似,故放在这里作对比)

  

另Java内存模型定义了8中操作来表述主内存与工作内存之间具体的交互协议

  1. lock(锁定):作用于主内存的变量,它把主内存的某一个变量标示为一个线程独占
  2. unlock(解锁):作用于主内存的变量,变量从锁定的状态释放出来,释放后的变量可以被其他线程锁定
  3. read(读取):作用于主内存的变量,它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中,以便随后的load命令动作使用。
  4. load(载入):作用于工作内存的变量,它把read操作从主内存中得到的变量值放到工作内存的变量副本中
  5. use(使用):作用于工作内存的变量,它把工作内存的变量的值传递给执行引擎
  6. assign(赋值):作用于工作内存的变量,它把一个从执行引擎接收到的值赋给工作内存中的变量
  7. store(存储):作用于工作内存的变量,它把工作内存中的一个变量的值传送到主内存中,以便随后的write操作使用
  8. wirte(写入):作用于主内存,它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中。

如果我们要把一个变量从主内存赋值到工作内存,那就要顺序执行read和load;如果要从工作内存同步回主内存,就要顺序执行store和write操作【普通变量】。【注意,这里只是要求了顺序执行,而不是连续执行,也就是说,中间是可以插入指令的

那我们就知道了,++i非线程安全的原因是:

如果线程A在工作内存中修改完成,准备同步到主内存,线程B刚从主内存中读取到,那么线程B读取到的就是脏数据,很容易会造成数据覆盖。

此处要提到一个关键字:volatile

 当一个变量定义为volatile之后,它就具备了两种特性:

第一是保证此变量对所有线程的可见性(是指当一个线程修改了这个变量的值,新值对于其他线程来说是可以立即得知的),无法保证并发安全

  如题:如果把变量 i 加上 volatile也是无法保证线程安全的

    原因:把变量的值取到栈顶,这个时候volatile关键字保证了值是正确的,但是在执行++执行时,其他线程有可能把变量的值更新了,所以栈顶的值就变成了过期的数据,再把数据同步到主内存的时候就会造成数据覆盖。

第二是禁止指令重排序优化,保证变量赋值操作的顺序与程序代码中的执行顺序一致。重排序优化是机器级的优化操作,提前执行是指这句话对应的汇编代码被提前执行。

DCL(Double Check Lock)单例:

public class Singleton {
    
    private volatile static Singleton singleton;
    
    public static Singleton getInstance(){
        if (singleton == null){
            synchronized (Singleton.class){
                singleton = new Singleton();
            }
        }
        return singleton;
    }
} 

 

 那么怎么才能使++i线程安全呢?

有很多种方法,比如:synchronized、ReentrantLock...

今天要说的是:java提供了一个原子类:AtomicInteger,AtomicInteger有什么方法就不一一介绍了,我们主要看一个方法的源码:getAndIncrement

 

/**
     * Atomically increments by one the current value.
     *
     * @return the previous value
     */
    public final int getAndIncrement() {
        for (;;) {
            int current = get(); //当前的值 这里的 value也是volatile的,所以每次取都是最新的
            int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next)) //关键是这里
                return current;
        }
    }

 

//这是一个原子方法,第一个参数是期望的值(也可以理解为原来的值)
//第二个参数是想要更新的值
//过程:如果主内存中当前的值跟expect相等,那就直接更新, 返回true
//否则就不更新,返回false
//我们也看到getAndIncrement中是一个死循环,发现更新失败后会继续循环,知道更新成功。(CAS乐观锁)
    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {

        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    } 

以上是对++i的简单理解。

以上是关于java中的++i是线程安全的吗?的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

i++ 是线程安全的吗?

Java 中的 volatile int 是线程安全的吗?

java是线程安全的吗

gRPC 中的通道/存根是线程安全的吗

当我从 C# 代码调用 C++ 代码时,它是线程安全的吗?

Java HashSet 是只读的线程安全的吗?