java中的++i是线程安全的吗？

Posted 2020-12-21 冯廷鑫

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。