线程安全之原子性操作

代码案例:


public class Counter {
    volatile int i = 0;
    public void add() {
        i++;
    }
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final Counter ct = new Counter();

        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    for (int j = 0; j < 10000; j++) {
                        ct.add();
                    }
                    System.out.println("done...");
                }
            }).start();
        }

        Thread.sleep(4000L);
        System.out.println(ct.i);
    }

测试执行结果是(每次执行结果都不同):


线程安全结果1.png

用javap命令编译Counter可得到字节码命令


image.png

由上可知:i++这个命令是经过几步完成的,多个线程一起操作会得到不是自己期望的60000值。

可解决办法

  • synchronized 方法上加互斥锁
public class Count {
    volatile int i= 0;
    public synchronized void add(){
        i++;
    }
}
  • 加 Lock 锁
public class Count {
    volatile int i= 0;
    Lock lock =  new ReentrantLock();

    public  void add(){
        lock.lock();
        i++;
        lock.unlock();
    }
}
  • 使用AtomicInteger
public class AtomicCount {
     AtomicInteger i =  new AtomicInteger(0);
     public  void add(){
      i.incrementAndGet();
    }
}

查看源码发现AtomicInteger方法 是使用Unsafe类来实现的


image.png

自己实现一个由Unsafe方法的使用

public class CountUnsafe {
    volatile int i;

    private static Unsafe unsafe;
    //偏移量
    private static long valueOffset;
    
    static {
        try {
            Field fieldUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
            //暴力反射
            fieldUnsafe.setAccessible(true);
            //静态变量没有参数
            unsafe = (Unsafe) fieldUnsafe.get(null);

            Field fieldi = CountUnsafe.class.getDeclaredField("i");
            //获取偏移量
            valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(fieldi);


        } catch (NoSuchFieldException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    public void add(){

        //this  代表是这个堆里面new的对象
        for (;;) {
            int current = unsafe.getIntVolatile(this, valueOffset);
            //如果成功弹出  不循环了
            if(unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, current, current + 1)){
                break;
            }
        }
    }
}

测试方法


public static void main(String[] args) {
        CountUnsafe countUnsafe = new CountUnsafe();

    //循环6个线程执行
        for (int i = 0; i < 6; i++) {
          new Thread(new Runnable() {
              @Override
              public void run() {
                  for (int j = 0; j < 10000; j++) {
                      countUnsafe.add();

                  }
                  System.out.println("done ...");
              }
          }).start();
        }
//休眠3秒 确定所有线程执行结束
        try {
            Thread.sleep(3000L);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(countUnsafe.i);

    }

测试结果(符合预期):


image.png

下面介绍原子操作封装类

image.png

实现方法

AtomicIntegerFiledUpdater

import java.util.concurrent.atomic.AtomicIntegerFieldUpdater;
public class Demo2_AtomicIntegerFieldUpdater {
  private static   AtomicIntegerFieldUpdater<User> atom =
                          AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(User.class,"age");
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User(13, "lisi");
        int i = atom.addAndGet(user, 88);
        System.out.println(user);
    }
}
class User{
    volatile int age;
    volatile String name;
    public User(int age, String name) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }
    。。。省略
}

AtomicReference 、 AtomicIntegerArray的使用

public static void main(String args[]) throws InterruptedException {
    AtomicIntegerArray array = new AtomicIntegerArray(3);
    array.set(1, 14);
    array.compareAndSet(1, 14, 13);

    AtomicReference<Thread> th = new AtomicReference<>();
    Thread thread = th.get();
    th.compareAndSet(null, Thread.currentThread());
}

tips:1.8提供了LongAdder 和LongAccumulator的方法来解决

大量线程访问相同的原子值问题 ---分而治之
提高效率、速度差不多
LongAccumulator 用法实例:

import java.util.concurrent.atomic.LongAccumulator;
import java.util.function.LongBinaryOperator;

public class LongAccumulatorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        LongBinaryOperator longBinaryOperator = new LongBinaryOperator() {
            @Override
            public long applyAsLong(long x, long y) {
                System.out.println("x :" + x + " y:" + y);
                return x + y;
            }
        };
        LongAccumulator longAccumulator = new LongAccumulator(
        longBinaryOperator, 0L);
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            longAccumulator.accumulate(1);
        }
        System.out.println("result:" + longAccumulator.get());
        //或者直接用lambda写  更方便简洁
         LongAccumulator longAccumulator = new LongAccumulator(
                 (x, y) -> {
                     System.out.println("x :" + x + " y:" + y);
                     return x+y;
                }, 0L);
    }
}

测试 AtomicLong、 LongAdder和LongAccumulator的效率
两秒6个线程可以同时加到多少

public class Demo3_PerformanceTest {


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Demo3_PerformanceTest demo = new Demo3_PerformanceTest();
        long atomicCount = demo.testAtomic();
        long adderCount = demo.testLongAdder();
        long LongAcc = demo.testAccumulator();

        System.out.println("atomicCount:" + atomicCount);
        System.out.println("adderCount :" + adderCount);
        System.out.println("LongAcc    :" + LongAcc);
    }

    // AtomicLong方式
    public long testAtomic() throws InterruptedException {
        AtomicLong acount = new AtomicLong(0L);

        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            new Thread(() -> {
                long starttime = System.currentTimeMillis();
                while (System.currentTimeMillis() - starttime < 2000) { // 运行两秒
                    acount.incrementAndGet();
                }
            }).start();
        }
        Thread.sleep(3000);
        return acount.get();
    }

    // LongAdder 方式
    public long testLongAdder() throws InterruptedException {
        LongAdder lacount = new LongAdder();
        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            new Thread(() -> {
                long starttime = System.currentTimeMillis();
                while (System.currentTimeMillis() - starttime < 2000) { // 运行两秒
                    lacount.increment();
                }
            }).start();
        }
        Thread.sleep(3000);
        return lacount.sum();
    }

    public long testAccumulator() throws InterruptedException {
        LongAccumulator accumulator = new LongAccumulator((x,y)->{
            return x + y;
        }, 0L);

        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            new Thread(() -> {
                long starttime = System.currentTimeMillis();
                while (System.currentTimeMillis() - starttime < 2000) { // 运行两秒
                    accumulator.accumulate(1);
                }
            }).start();
        }
        Thread.sleep(3000);
        return accumulator.get();
    }

}

得到结果:


image.png
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