概述
所谓原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作；这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何 context switch （切换到另一个线程）。
下面就以i++自增操作为例来实现i++的原子性。
i++并不是一步完成的，它包含了三个步骤：
- 加载i;
- 计算i+1;
- 给i赋值。
例如，
public class IaddTest {
public int i = 0;
public void add(){
i++;
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
IaddTest iaddTest = new IaddTest();
for(int i=0;i<2;i++){ //创建两个线程
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<10000;i++){
iaddTest.add();
}
}
}).start();
}
Thread.sleep(2000L);//sleep两秒，等待两个线程任务全部执行完成
System.out.println(iaddTest.i);
}
}
这段代码中，创建了两个线程分别调用10000次add方法（即两万次i++），理论上最后的输出结果应该为20000，但是实际的运行结果却达不到20000，如下：
这是由于两个线程是并发执行的，当线程1读取i值时，线程2还没有将i+1的值赋给i（例如当i = 1时，线程1读取i=1，同时线程2也读取i=1，然后执行+1操作，结果两个线程都将i赋值为2）。
为了避免这种线程不安全情况的发生，保证程序的正确性，我们就需要将i++进行原子操作。
下面，就通过几种不同的方式来实现原子操作。
1、加锁
1.1、Lock接口
分别在i++的前后进行加锁和解锁，实现i++的原子操作。
完整示例代码如下：
public class IaddTest {
public int i = 0;
private Lock lock = new ReentrantLock(false);
public void add(){
try{
lock.lock(); //加锁
i++;
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
lock.unlock(); //解锁
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
IaddTest iaddTest = new IaddTest();
for(int i=0;i<2;i++){ //创建两个线程
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<10000;i++){
iaddTest.add();
}
}
}).start();
}
Thread.sleep(2000L);//sleep两秒，等待两个线程任务全部执行完成
System.out.println("i:" + iaddTest.i);
}
}
再来看看执行结果：
正确输出20000。
1.2、synchronized关键字
-
给add方法加synchronized
-
给i++块加synchronized
完整示例代码：
public class IaddTest {
public int i = 0;
private Lock lock = new ReentrantLock(false);
// public synchronized void add() //给add方法加锁
public void add(){
synchronized (this){ //给i++加锁
i++;
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
IaddTest iaddTest = new IaddTest();
for(int i=0;i<2;i++){ //创建两个线程
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<10000;i++){
iaddTest.add();
}
}
}).start();
}
Thread.sleep(2000L);//sleep两秒，等待两个线程任务全部执行完成
System.out.println("i:" + iaddTest.i);
}
}
执行结果：
正确输出20000。
2、CAS机制
CAS是英文单词Compare and Swap的缩写，翻译过来就是比较并替换。
CAS机制中使用了3个基本操作数：内存地址V，旧的预期值A，要修改的新值B。更新一个变量的时候，只有当变量的预期值A和内存地址V当中的实际值相同时，才会将内存地址V对应的值修改为B。
在sun.misc.Unsafe中提供了CAS操作的本地方法。
java中认为Unsafe类是不安全的类，所以不能直接通过构造函数构造对象，需要使用反射机制。
private static Unsafe unsafe;
// 通过反射获取theUnsafe属性
Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
// theUnsafe是private的，设置setAccessible(true)
field.setAccessible(true);
// 获取Unsafe对象
unsafe = (Unsafe) field.get(null);
CAS操作完整示例代码：
public class IaddTest {
public int i = 0;
private static Unsafe unsafe;
private static long fieldOffset;
static {
try {
// 通过反射获取theUnsafe属性
Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
// theUnsafe是private的，设置setAccessible(true)
field.setAccessible(true);
// 获取Unsafe对象
unsafe = (Unsafe) field.get(null);
// 获取属性i在内存中的实际地址
fieldOffset = unsafe.objectFieldOffset(IaddTest.class.getField("i"));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void add(){
int current;
do {
current = unsafe.getIntVolatile(this,fieldOffset);
}while (!unsafe.compareAndSwapInt(this,fieldOffset,i,i+1));
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
IaddTest iaddTest = new IaddTest();
for(int i=0;i<2;i++){ //创建两个线程
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<10000;i++){
iaddTest.add();
}
}
}).start();
}
Thread.sleep(2000L);//sleep两秒，等待两个线程任务全部执行完成
System.out.println("i:" + iaddTest.i);
}
}
执行结果：
正确输出20000。
3、原子类（Atomic）
原子类是jdk提供的一些进行原子操作的类，位于java.util.concurrent.atomic包中。
原子类的底层也是通过调用com.misc.Unsafe类中的CAS机制实现的。
使用时我们只需要创建一个原子类对象，并调用其中的方法即可保证代码的原子性。
public class IaddTest {
AtomicInteger i = new AtomicInteger(0);
public void add(){
i.incrementAndGet();
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
IaddTest iaddTest = new IaddTest();
for(int i=0;i<2;i++){ //创建两个线程
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<10000;i++){
iaddTest.add();
}
}
}).start();
}
Thread.sleep(2000L);//sleep两秒，等待两个线程任务全部执行完成
System.out.println("i:" + iaddTest.i);
}
}
执行结果：
正确输出20000。