java.util.concurrent.atomic包中并发原子类AtomicInteger讲解

Bertha 。 2022-12-31 13:21 209阅读 0赞

**一、简要介绍**

1.  今天在项目代码中，注意到有使用AtomicInteger类，这个类主要是在java.util.concurrent.atomic并发包下的。
2.  Java并发机制的三个特性，如下所示：  
    （1）原子性  
    （2）可见性  
    （3）有序性
3.  volatile关键字能禁止指令重排序,所以volatile能在一定程度上保证可见性、有序性。但是无法保证原子性；今天我们所讲述的AtomicInteger的作用就是为了保证原子性。  
    代码如下所示：

package concurrent;
    
    public class Concurrent { 
        private static volatile int a = 0;
    
        public static void main(String[] args) { 
            Thread[] threads = new Thread[5];
            //定义5个线程，每个线程加10
            for (int i = 0; i < 5; i++) { 
                threads[i] = new Thread(() -> { 
                    try { 
                        for (int j = 0; j < 10; j++) { 
                            System.out.println(a++);
                            Thread.sleep(1000);
                        }
                    } catch (Exception e) { 
                        e.printStackTrace();
                    }
                });
                threads[i].start();
            }
        }
    }

在上述示例代码中，我们定义了一个变量a。并且使用了5个线程分别去增加。为了保证可见性和有序性，我们定义了一个静态的volatile的关键字来对a进行修饰。在这里我们只测试原子性。如果我们第一次接触的话肯定会觉得5个线程，每个线程加10，最后结果一定是50呀。但是当对代码运行后，结果却跟我们想象的不太一样。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hpYW9sZWlsZWk2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
我们不难发现，运行的结果除了含有重复值外，最大的值也不是50，而仅仅只有39。这个现象的出现，让我不禁感叹：为什么会出现这个问题呢？这是因为变量a，虽然保证了可见性和有序性，但是却没有保证原子性。  
分析如下所示：  
其实代码中对于a++的操作，大致可以分为3个步骤：  
（1）从主存中读取a的值  
（2）对a进行加1操作  
（3）把a重新刷新到主存

这三个步骤在单线程中一点问题都没有，但是到了多线程就出现了问题了。比如说有的线程已经把a进行了加1操作，但是还没来得及重新刷入到主存，其他的线程就重新读取了旧值。因为才造成了错误。如何去解决呢？方法当然很多，但是为了和我们今天的主题对应上，很自然的联想到使用AtomicInteger。  
下面我们使用AtomicInteger重新来测试一遍：

package concurrent;
    
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
    
    public class Concurrent_1 { 
        //使用AtomicInteger定义a
        static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
    
        public static void main(String[] args) { 
            Thread[] threads = new Thread[5];
            //定义5个线程，每个线程加10
            for (int i = 0; i < 5; i++) { 
                threads[i] = new Thread(() -> { 
                    try { 
                        for (int j = 0; j < 10; j++) { 
                            //incrementAndGet
                            System.out.println(atomicInteger.incrementAndGet());
                            Thread.sleep(500);
                        }
                    } catch (Exception e) { 
                        e.printStackTrace();
                    }
                });
                threads[i].start();
            }
        }
    }

结果如下所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hpYW9sZWlsZWk2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
当我们使用AtomicInteger类，无论你执行多少次，最后的结果一定是50。这是为什么呢？一切都跟AtomicInteger类的底层实现方法有关系，具体分析详见下日描述。

**\[补充\]** compareAndSwapInt又叫做CAS。

CAS 即比较并替换，实现并发算法时常用到的一种技术。CAS操作包含三个操作数——内存位置、预期原值及新值。执行CAS操作的时候，将内存位置的值与预期原值比较，如果相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值，否则，处理器不做任何操作。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hpYW9sZWlsZWk2NjY_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221120/e02deb41c6a84451bdd190903832276f.png
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