线程安全之原子操作
作者: 西魏陶渊明 博客: https://blog.springlearn.cn/ (opens new window)
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 
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);
-
}
-
}
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
-
*/
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。
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);
-
}
-
-
}
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
-
*/
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。
实际上当循环的次数越多,出现错误的几率就越大,如下我们循环了1000次。
# 问题分析
我们思考为什么基本类型进行多线程操作时候会出现这种情况呢? 其实问题答案最开始已经说了。 我们通过这张图 就可以找到原因。
对变量的每次操作其实都有3个步骤
- 读取变量值
- 变量值操作
- 变量重新赋值。
我们模拟一下错误的原因。
当A线程读取a=1,并对1+1。但是还未对变量重新赋值a=2的时候， B线程也读取了A还未赋值的变量,此时变量还是1,那么B线程因为读取了还未更新的数据,所以也做1+1的操作。然后B对a 重新赋值了此时a=2,是B赋值的。这个时候A因为已经执行完了前两个步骤,最后也重新赋值了a=2。
这样数据就更新丢了。这就是因为数据更新不是原子性从而导致的问题。
因为数据更新丢了,所以出现了。
# 如何解决这种问题
如何解决这种问题,其实很简单只要我们保证我们的操作是原子操作即可,简单来说就是将更新的三个步骤合并成一个步骤即可,在Java中JDK已经为我们提供了很多的 原子操作每一个基本类型都对应一个原子操作。
# 原子基础类
原子基础类API
# 原子数组类
原子更新数组API
# 原子引用类
注意:
想要原子的更新字段，需要两个步骤：
1.每次使用的时候必须使用静态方法newUpdater()创建一个更新器，并且需要设置想要更新的类和属性
2.更新类的字段(属性)必须使用public volatile修饰符
# 最后我们看一下原子操作的原理
最后求关注,求订阅,谢谢你的阅读!
文章来源: springlearn.blog.csdn.net，作者：西魏陶渊明，版权归原作者所有，如需转载，请联系作者。
原文链接：springlearn.blog.csdn.net/article/details/125858011
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