Java中 i++ 是线程安全的么？为什么？

Posted 2021-01-08 0820LL

问题

在 int i = 0; i = i++; 语句中，i = i++是线程安全的么？如果不安全，请说明上面操作在JVM中的执行过程，为什么不安全？说出JDK中哪个类能达到以上的效果，并且是线程安全而且高效的，简述其原理。

回答

语句 i = i++;不是线程安全的。

该语句执行过程如下，

先把 i 的值取出来放到栈顶，可以理解为引入了一个第三方变量 k，此时，k的值为i，

然后执行自增操作，i的值变为1，

最后执行赋值操作 i = k （自增前的值）

因此执行结束后，i的值还是0.

从上面的分析可知，i = i++语句的执行过程有多个操作组成，不是原子操作，因此不是线程安全的。

在Java语言中，++i和i++操作并不是线程安全的，在使用的时候，不可避免的会用到synchronized关键字。而java.util.concurrent.AtomicInteger是一个提供原子操作的Integer类，其提供了线程安全且高效的原子操作，是线程安全的。

AtomicInteger类的底层实现原理是利用处理器的CAS操作（Compare And Swap，比较与交换，一种有名的无锁算法）来检测栈中的值是否被其他线程改变，如果被改变则CAS操作失败。这种实现方法在CPU指令级别实现了原子操作，因此，其比使用synchronized来实现同步效率更高。

CAS操作过程都包含三个运算符：内存地址V、期望值E、新值N。当操作的时候，如果地址V上存放的值等于期望值E，则将地址V上的值赋为新值N，否则，不做任何操作，但是要返回原值是多少。这就保证比较和设置这两个动作是原子操作。系统主要利用JNI（Java Native Interface，Java本地接口）来保证这个原子操作，它利用CPU硬件支持来完成，使用硬件提供swap和test_and_set指令，但CPU下同一指令的多个指令周期不可中断，SMP（Symmetric Multi-Processing）中通过锁总线支持这两个指令的原子性。