Java自增原子性问题（测试Volatile、AtomicInteger）

一、补充概念

1.什么是线程安全性？

《Java Concurrency in Practice》中有提到：当多个线程访问某个类时，这个类始终都能表现出正确的行为，那么就称这个类是线程安全的。

2.Java中的“同步”

Java中的主要同步机制是关键字“synchronized”，它提供了一种独占的加锁方式，但“同步”这个术语还包括volatile类型的变量，显式锁（Explicit Lock）以及原子变量。

3.原子性
　原子是世界上的最小单位，具有不可分割性。比如 a=0；（a非long和double类型）这个操作是不可分割的，那么我们说这个操作时原子操作。再比如：a++；这个操作实际是a = a + 1；是可分割的，所以他不是一个原子操作。非原子操作都会存在线程安全问题，需要我们使用同步技术（sychronized）来让它变成一个原子操作。一个操作是原子操作，那么我们称它具有原子性。java的concurrent包下提供了一些原子类，我们可以通过阅读API来了解这些原子类的用法。比如：AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等。
Volatile修饰的成员变量在每次被线程访问时，都强迫从共享内存重新读取该成员的值，而且，当成员变量值发生变化时，强迫将变化的值重新写入共享内存，这样两个不同的线程在访问同一个共享变量的值时，始终看到的是同一个值。
代码示例：

 
public class IncrementTestDemo {

    public static int count = 0;
    public static Counter counter = new Counter();
    public static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
    volatile public static int countVolatile = 0;
    
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread() {
                public void run() {
                    for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                        count++;
                        counter.increment();
                        atomicInteger.getAndIncrement();
                        countVolatile++;
                    }
                }
            }.start();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        System.out.println("static count: " + count);
        System.out.println("Counter: " + counter.getValue());
        System.out.println("AtomicInteger: " + atomicInteger.intValue());
        System.out.println("countVolatile: " + countVolatile);
    }
    
}

class Counter {
    private int value;

    public synchronized int getValue() {
        return value;
    }

    public synchronized int increment() {
        return ++value;
    }

    public synchronized int decrement() {
        return --value;
    }
}

输出结果

static count: 9952
Counter: 10000
AtomicInteger: 10000
countVolatile: 9979

第一行与最后一行，每次运行将得到不同的结果，但是中间两行的结果相同。

通过上面的例子说明，要解决自增操作在多线程环境下线程不安全的问题，可以选择使用Java提供的原子类，或者使用synchronized同步方法。

而通过Volatile关键字，并不能解决非原子操作的线程安全性。

java语言规范指出：为了获取最佳的运行速度，允许线程保留共享变量的副本，当这个线程进入或者离开同步代码块时，才与共享成员变量进行比对，如果有变化再更新共享成员变量。这样当多个线程同时访问一个共享变量时，可能会存在值不同步的现象。

而volatile这个值的作用就是告诉VM：对于这个成员变量不能保存它的副本，要直接与共享成员变量交互。
建议：当多个线程同时访问一个共享变量时，可以使用volatile，而当访问的变量已在synchronized代码块中时，不必使用。
缺点：使用volatile将使得VM优化失去作用，导致效率较低，所以要在必要的时候使用。