主存|正确性_Java并发编程深入分析AtomicInteger

篇首语：本文由编程笔记#小编为大家整理，主要介绍了Java并发编程深入分析AtomicInteger相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

什么是线程安全性
如果一个类可以安全地被多个线程使用&＃xff0c;它就是线程安全的。你无法对此论述提出任何争议&＃xff0c;但也无法从中得到更多有意义的帮助。那么我们如何辨别线程安全与非线程安全的类&＃xff1f;我们甚至又该如何理解“安全”呢&＃xff1f; 任何一个合理的“线程安全性”定义&＃xff0c;其关键在于“正确性”的概念。在<>书中作者是这样定义的&＃xff1a;一个类是是线程安全的&＃xff0c;是指在被多个线程访问时&＃xff0c;类可以持续进行正确的行为。
提示&＃xff1a;书中作者还写到&＃xff0c;如下&＃xff1a;
当多个线程访问一个类时&＃xff0c;如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行&＃xff0c;并且不需要额外的同步及在调用方代码不必作其他的协调&＃xff0c;这个类的行为仍然是正确的&＃xff0c;那么称这个类是线程安全的。
代码演示&＃xff1a;实现一个计数器
[java] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
package com.lll.test;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class UnsafeCount
//public static AtomicInteger count &＃61; new AtomicInteger(0);
public static int count &＃61; 0;

public static void inc()
try
Thread.sleep(1000);
catch (InterruptedException e)
e.printStackTrace();

//count.incrementAndGet();
count&＃43;&＃43;;

public static void main(String[] args) throws InterruptedException
ExecutorService service&＃61;Executors.newFixedThreadPool(Integer.MAX_VALUE);
for (int i &＃61; 0; i <100; i&＃43;&＃43;)
service.execute(new Runnable()
&＃64;Override
public void run()
UnsafeCount.inc();

);

service.shutdown();
//避免出现main主线程先跑完而子线程还没结束&＃xff0c;在这里给予一个关闭时间
service.awaitTermination(3000,TimeUnit.SECONDS);
System.out.println("运行结果:UnsafeCount.count&＃61;" &＃43; UnsafeCount.count);



提示:为了提高测试的准确性&＃xff0c;注意查看第三十六行注释“避免出现main主线程先跑完而子线程还没结束&＃xff0c;在这里给予一个关闭时间”。
运行结果&＃xff1a;
运行结果:UnsafeCount.count&＃61;92
运行结果:UnsafeCount.count&＃61;98
….
根据结果可以看出在多线程环境下&＃xff0c;没有获得期望的正确结果100.

原因分析
大家都知道&＃xff0c;计算机在执行程序时&＃xff0c;每条指令都是在CPU中执行的&＃xff0c;而执行指令过程中&＃xff0c;势必涉及到数据的读取和写入。由于程序运行过程中的临时数据是存放在主内存中的&＃xff0c;这时就存在一个问题&＃xff0c;由于CPU执行速度很快&＃xff0c;而从主内存读取数据和向主内存写入数据的过程跟CPU执行指令的速度比起来要慢的多&＃xff0c;因此如果任何时候对数据的操作都要通过和主内存的交互来进行&＃xff0c;会大大降低指令执行的速度。因此在就有了主内存和本地内存。也就是&＃xff0c;当程序在运行过程中&＃xff0c;会将运算需要的数据从主存复制一份到线程的本地内存中&＃xff0c;创建一个count变量副本&＃xff0c;那么CPU进行计算时就可以直接从本地内存加载&＃xff0c;使用&＃xff0c;赋值和写入到内存中&＃xff0c;最后再将副本值同步到主内存中。如下图&＃xff1a;

图片摘自http://images.cnblogs.com/cnblogs_com/aigongsi/201204/201204011757235219.jpg
然而这些操作是不具备原子性的&＃xff0c;当线程一正在将新的副本值同步到主内存之前&＃xff0c;线程二进来了且从本地内存加载到的是线程一修改前的旧数据&＃xff0c;所以导致结果数据和预期的不一样。

解决办法一
使用AtomicInteger
一个提供原子操作的Integer的类。在Java语言中&＃xff0c;&＃43;&＃43;i和i&＃43;&＃43;操作并不是线程安全的&＃xff0c;在使用的时候&＃xff0c;不可避免的会用到synchronized关键字。而AtomicInteger则通过一种线程安全的加减操作接口。代码如下&＃xff1a;
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package com.lll.test;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class UnsafeCount
public static AtomicInteger count &＃61; new AtomicInteger(0);
//public static int count &＃61; 0;

public static void inc()
try
Thread.sleep(1000);
catch (InterruptedException e)
e.printStackTrace();

count.incrementAndGet();
//count&＃43;&＃43;;

public static void main(String[] args) throws InterruptedException
ExecutorService service&＃61;Executors.newFixedThreadPool(Integer.MAX_VALUE);
for (int i &＃61; 0; i <100; i&＃43;&＃43;)
service.execute(new Runnable()
&＃64;Override
public void run()
UnsafeCount.inc();

);

service.shutdown();
//避免出现main主线程先跑完而子线程还没结束&＃xff0c;在这里给予一个关闭时间
service.awaitTermination(3000,TimeUnit.SECONDS);
System.out.println("运行结果:UnsafeCount.count&＃61;" &＃43; UnsafeCount.count);



测试结果
运行结果:UnsafeCount.count&＃61;100
AtomicInteger源码剖析

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// setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates
private static final Unsafe unsafe &＃61; Unsafe.getUnsafe();
private static final long valueOffset;

static
try
valueOffset &＃61; unsafe.objectFieldOffset(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
catch (Exception ex) throw new Error(ex);



从上面的UML类图和代码可以看出AtomicInteger和Unsafe存在关联关系。它在类中获取了Unsafe的实例&＃xff0c;然后通过Unsafe实例的objectFieldOffset方法获得value在内存中的位置。为什么它要获取value在内存中的位置&＃xff1f;我们从incrementAndGet方法依次往下分析
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/**
* Atomically increments by one the current value.
*
* &＃64;return the updated value
*/
public final int incrementAndGet()
for (;;)
int current &＃61; get();
int next &＃61; current &＃43; 1;
if (compareAndSet(current, next))
return next;


第一步&＃xff1a;通过get()方法获得value的值&＃43;1&＃xff0c;然后传给了compareAndSet方法。compareAndSet代码如下&＃xff1a;
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public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);

&＃43;——————————————————————&＃43;
“ Atomically sets the value to the given updated value if the current value &＃64;code &＃61;&＃61; the expected value.&＃64;return true if successful. False return indicates that the actual value was not equal to the expected value.”
&＃43;——————————————————————&＃43;
第二步&＃xff1a;compareAndSet()方法拿到原值和要更新的值。通过代码上的注释&＃xff0c;我们可以知道如果valueOffset位置包含的值与expect值相同&＃xff0c;则更新valueOffset位置的值为update&＃xff0c;并返回true&＃xff0c;否则不更新&＃xff0c;返回false。