Java中 i++ 是線程安全的么?為什么?


問題

在 int i = 0; i = i++; 語句中,i = i++是線程安全的么?如果不安全,請說明上面操作在JVM中的執行過程,為什么不安全?說出JDK中哪個類能達到以上的效果,並且是線程安全而且高效的,簡述其原理。

回答

語句 i = i++;不是線程安全的。

該語句執行過程如下,

先把 i 的值取出來放到棧頂,可以理解為引入了一個第三方變量 k,此時,k的值為i,

然后執行自增操作,i的值變為1,

最后執行賦值操作 i = k (自增前的值)

因此執行結束后,i的值還是0.

從上面的分析可知,i = i++語句的執行過程有多個操作組成,不是原子操作,因此不是線程安全的。

在Java語言中,++i和i++操作並不是線程安全的,在使用的時候,不可避免的會用到synchronized關鍵字。而java.util.concurrent.AtomicInteger是一個提供原子操作的Integer類,其提供了線程安全且高效的原子操作,是線程安全的。

AtomicInteger類的底層實現原理是利用處理器的CAS操作(Compare And Swap,比較與交換,一種有名的無鎖算法)來檢測棧中的值是否被其他線程改變,如果被改變則CAS操作失敗。這種實現方法在CPU指令級別實現了原子操作,因此,其比使用synchronized來實現同步效率更高。

CAS操作過程都包含三個運算符:內存地址V、期望值E、新值N。當操作的時候,如果地址V上存放的值等於期望值E,則將地址V上的值賦為新值N,否則,不做任何操作,但是要返回原值是多少。這就保證比較和設置這兩個動作是原子操作。系統主要利用JNI(Java Native Interface,Java本地接口)來保證這個原子操作,它利用CPU硬件支持來完成,使用硬件提供swap和test_and_set指令,但CPU下同一指令的多個指令周期不可中斷,SMP(Symmetric Multi-Processing)中通過鎖總線支持這兩個指令的原子性。


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