线程安全之原子性

一：非原子性的原因

先举个栗子：

上述例子中，可以看到，for循环下建立3个线程分别调用value++操作，每个线程调用10000，经过分析，最后输出value的值应该是30000，运行之后结果如下：

多次运行之后，可以发现，最后输出的value的值大多数情况下都是小于30000的，这是因为什么原因呢？

使用javap反编译a++的类，可以看到：

a++操作并不是一次操作，反编译之后的字节码指令操作是四步，也就是说a++操作本身不是原子性的；下面分析下每步操作：

1. getfield

看上图，第一步是从堆内存中获取a=0的值，放到操作数栈中，因为a=0是属于类下面的变量，所以是类实例化后，在堆内存中。

2. iconst_1

iconst_1是把数字1放到操作数栈中。

3. iadd

iadd操作是把操作数栈中的0和1，拿出来在CPU中计算，计算完成后把值放到操作数栈中。

4. putfield

计算完成后的值，把堆内存中的值修改为1。

注意：原子性，就是一个操作或者多个操作，执行的顺序不能改变，也不能被分割只执行其中的一部分；原子性操作，整个资源的操作是一体的，要么执行成功，要么全部失败。

使用volatile修饰value时只能保证可见性，getfield读取到的一定是最新值，但不能保证原子性

二：CAS(compare and swap)机制

CAS机制属于硬件的同步原语，即硬件操作内存的指令，是原子性的。

CAS机制在去修改内存中的值时，会传两个参数，一个旧值，一个新值，若旧值和内存中的值一致，就把内存中的值替换为新值，否则内存中的值不做改变。

以上图举例子说明：假设T1线程和T2线程都执行CAS(0,1)，想把内存中a的值修改为1，再假设T2线程稍后于T1线程执行，那么当T1线程执行成功，把a的值修改为1后，T2线程还在继续执行，而T2线程也是把a修改为1，这个时候就出现了问题，最后修改的值是一样的，也就是说T2线程的a++操作被分割了，在T1还未执行完之前，a的值为0，T1执行完后，a的值变为了1，所以a++操作不是原子性的。