线程安全之原子操作

原创

西魏陶渊明 2022-07-24 00:33:17 ©著作权

文章标签 java jvm 开发语言原子操作赋值 文章分类 虚拟化云计算

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线程安全之原子操作_java

作者: 西魏陶渊明

西魏陶渊明

莫笑少年江湖梦，谁不少年梦江湖

原子特性: 原子是最小的粒子,不可再分

这并不是一个化学课,而是巧妙的借用了化学上的一个概念,即原子是最小的粒子,不可再分;原子操作也是不能再分的操作; 为了能把这个讲明白,下文基本都是大白话,其实Java本来并不是很难,而是总有一些人喜欢把简单的概念给复杂化。小编不喜欢那种说辞,所以尽量简单易懂。如有问题,欢迎提出问题。共同交流进步,最后谢谢你的阅读。

# 举例说明原子操作重要性

在很多场景中我们需要我们的操作是原子特性的,如果我们写的程序都是单线程的,其实我们没必要考虑原子操作。但是假如我们写多线程操作,或者是在Web服务中来更新对象属性,那么就必须要来考虑原子操作问题了。

举一个🌰例子A:

int a = 1;

可以看到程序对变量 a 操作,其实是有多个步骤进行的。在单线程环境下基本不会发生任何问题

线程安全之原子操作_赋值_02

举一个🌰例子B(单线程操作):

public class Tester {

    private static Integer a = 1;

    private static AtomicInteger aa = new AtomicInteger(1);

    private static void restore() {
        a = 1;
        aa = new AtomicInteger(1);
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            test("第" + i + "次");
            restore();
        }
    }

    private static void test(String str) {
        for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
            new Thread(() -> a = a + 1).start();
            new Thread(() -> aa.addAndGet(1)).start();
        }
        System.out.print(str + "常规操作a=" + a);
        System.out.println(" <===> "+str+"原子操作操作aa=" + aa);
    }
}

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规律:

/**
         * i              i+1
         * 1: a = 1 + 1 = 2
         * 2: a = 2 + 1 = 3
         * 3: a = 3 + 1 = 4
         * 4: a = 4 + 1 = 5
         * 5: a = 5 + 1 = 6
         * 6: a = 6 + 1 = 7
         * 7: a = 7 + 1 = 8
         * 8: a = 8 + 1 = 9
         * 9: a = 9 + 1 = 10
         * 10:a = 10 + 1 = 11
         */

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如上面代码变量a是基本类型,变量aa是原子类型,正常情况对a或者aa进行1000次操作结果都应该是 1001。正常情况我们可以理解是单线程操作。结果也是没有问题的。

线程安全之原子操作_赋值_03

举一个🌰例子C(多线程操作):

public class Tester {

    private static Integer a = 1;

    private static AtomicInteger aa = new AtomicInteger(1);

    private static void restore() {
        a = 1;
        aa = new AtomicInteger(1);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            test("第" + i + "次");
            restore();
        }
    }

    private static void test(String str) throws Exception {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            new Thread(() -> a = a + 1).start();
            new Thread(() -> a = a + 1).start();

            new Thread(() -> aa.addAndGet(1)).start();
            new Thread(() -> aa.addAndGet(1)).start();
            Thread.sleep(1);
        }
        System.out.print(str + "常规操作a=" + a);
        System.out.println(" <===> " + str + "原子操作操作aa=" + aa);
    }
    
}

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规律:

/**
     * i          2 * i + 1
     * 1: a = 1 + 1 + 1 = 3
     * 2: a = 3 + 1 + 1 = 5
     * 3: a = 5 + 1 + 1 = 7
     * 4: a = 7 + 1 + 1 = 9
     * 5:                 11
     * 6:                 13
     * 7:                 15
     * 8:                 17
     * 9:                 19
     * 10:                21
     */

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多线程环境下操作会不会有问题呢? 出现了问题。我们看到使用常规操作的a变量出现了数据不一致情况。

线程安全之原子操作_jvm_04