java基础中多线程个线程add同一变量时的非原子性问题

约定不等于承诺〃 2021-09-15 07:58 169阅读 0赞

什么是原子性？

简单来说，原子性就是说一个操作不可以被中途cpu暂停然后调度, 即不能被中断, 要不就执行完, 要不就不执行. 如果一个操作是原子性的, 那么在多线程环境下, 就不会出现变量被修改等奇怪的问题。

举个例子：

写一个MyThread类继承Thread，创建一个静态变量count，然后在run方法里对count进行一百次count++操作，最后打印当前线程的名字和count的值。

public class MyThread extends Thread{
    	public static int count;
    	@Override
    	public void run() {
    		for(int i=0;i<100;i++){
    			count++;
    		}
    		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"="+count);
    	}
    }

测试类：

创建三个线程，依次进行start()，主线程等待200毫秒确保三个线程都执行完了，最后打印count的最终结果。因为三个线程各对count加100次所以目测结果是300。

public class Test {
    	public static void main(String[] args) {
    		MyThread myThread = new MyThread();
    		MyThread myThread2=new MyThread();
    		MyThread myThread3=new MyThread();
    		myThread.start();
    		myThread2.start();
    		myThread3.start();
    		try {
    			Thread.sleep(200);
    		} catch (InterruptedException e) {
    			// TODO Auto-generated catch block
    			e.printStackTrace();
    		}
    		System.out.println(MyThread.count);
    	}
    }

结果：

三个线程的结束顺序不一样，基本上最终结果都是300

但是，出现了一个结果为240的值，这不是预期里的结果。

![70][]![70 1][]![70 2][]![70 3][]![70 4][]

原因：count++操作并不是原子性操作。在count++这一句代码里大致发生了6个过程：

read：从方法区的静态区中读取count

load：将count上的值加载到当前线程中

use：对读取到线程里的值进行操作

assgin：根据要求对值进行分配

store：准备把线程中操作后的值存储到静态区中

write：完成对静态区中的值写入覆盖操作。

在多线程里可能会发生，两个或多个线程还没完成写入，其他线程就把原来的值给加过了，然后还没来得及完成写入的值又把自己刚计算出的值写到静态变量里，造成了多重覆盖，所以结果显示最终结果比预期结果要小。

测试解决办法一：给每个线程加上“重锁”synchronized，实现线程同步。

public class MyThread extends Thread{
    	public static int count;
    	@Override
    	public void run() {
    		for(int i=0;i<100;i++){
    			synchronized("锁"){
    				count++;
    			}
    		}
    	}
    }

结果：没有出现预期之外的值，达到了要求。

但是该方法效率太低，将一个并行程序变成了串行程序。

测试解决方法二：用轻量级锁volatile，实现变量的同步

public class MyThread extends Thread{
    	public volatile static int count;
    	@Override
    	public void run() {
    		for(int i=0;i<100;i++){
    			count++;
    		}
    		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"="+count);
    	}
    }

结果：还是出现了错误的值，volatile虽然实现了线程变量共享，但count++操作还是非原子性操作，换汤不换药。

![70 5][]

测试解决方法二：换成原子性Atomic类来定义变量，用原子方式更新的 Interger 值

public class MyThread extends Thread{
    	public static AtomicInteger  count=new AtomicInteger(0);
    	@Override
    	public void run() {
    		for(int i=0;i<100;i++){
    			count.incrementAndGet();
    		}
    		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"="+count);
    	}
    }

结果：没有出现错误的值，达成了要求效率也高。

所以如果再多线程里遇到一些值的操作要注意这样的非原子性操作，比如++，--，+=之类的是否会影响程序结果，需要多次运行来测试，多线程的程序发生错误也是概率事件。

[70]: https://img-blog.csdn.net/20180427110642186?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JpYmlib3l4/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70
[70 1]: https://img-blog.csdn.net/20180427110658336?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JpYmlib3l4/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70
[70 2]: https://img-blog.csdn.net/20180427110715856?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JpYmlib3l4/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70
[70 3]: https://img-blog.csdn.net/20180427110750449?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JpYmlib3l4/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70
[70 4]: /images/20210720/d40deaefc887412bb974c7cc62b14dc1.png
[70 5]: /images/20210720/eddaa31187374ef483dafd60c24e2725.png