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AtomicInteger类和int以及i++的线程安全问题

分类: 文章 • 2025-02-14 15:13:15

问题：i++是线程安全的吗？

这个问题可以从两个方面回答

  • 若是局部变量，那么i++是线程安全；
  • 若是全局变量，那么i++非线程安全。

原因：

  • 若是局部变量，那其他线程也访问不到，所以根本不存在是否安全这个问题。
  • 若是全局变量，任意线程都可以访问，而i++这个操作是非原子性的，这个会编译成 i = i +1；这里做了多个操作，包括 读取，修改，写入 。并发情况下会出现访问冲突。
    AtomicInteger类和int以及i++的线程安全问题
    举个例子：
    比如有200个线程同时执行i++操作，会存在比如同时两个线程当前获得i的值是10，然后同时执行++操作，都执行完后，最后得到的是11，所以线程不安全。

int自增实验

测试实例：

   /**
     * 全局共享变量
     */
    public static int count = 0;
  
   /**
     * 测试
     * count ++
     * 期望结果： 2*10000=20000
     * 实际结果：总小于 20000
     */
    @Test
    public void testInt() throws Exception {
        //创建线程池
        ScheduledExecutorService scheduler = new ScheduledThreadPoolExecutor(200);
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            scheduler.execute(() -> {
                for (int j = 0; j < 2; j++) {
                    System.out.println("线程:" + Thread.currentThread().getName() + " count=" + count++);
                }
            });
        }
        scheduler.shutdown();
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("最终结果是 ：" + count);
    }

测试结果
AtomicInteger类和int以及i++的线程安全问题

由此可见，这种自增方式是线程不安全的，怎么解决呢？
第一个想到的就是加锁synchronized或者Lock，这里暂不介绍加锁的方式。
使用了锁去做计数的话系统的性能将会大大下降，有没有更优雅的方式呢？
这里还可以使用 AtomicInteger

AtomicInteger 自增

测试实例

   /**
     * 全局共享变量
     */
    private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
   /**
     * 测试
     * atomicInteger ++
     * 期望结果： 2*10000=20000
     * 实际结果： 20000
     */
    @Test
    public void testAtomicInteger() throws Exception {
        //创建线程池
        ScheduledExecutorService scheduler = new ScheduledThreadPoolExecutor(200);
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            scheduler.execute(() -> {
                for (int j = 0; j < 2; j++) {
                    //自增并返回当前值
                    int andIncrement = atomicInteger.incrementAndGet();
                    System.out.println("线程:" + Thread.currentThread().getName() + " count=" + andIncrement);
                }
            });
        }
        scheduler.shutdown();
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("最终结果是 ：" + atomicInteger.get());
    }

测试结果
AtomicInteger类和int以及i++的线程安全问题

原因分析
源码

    /**
     * Atomically increments by one the current value.
     *
     * @return the updated value
     */
    public final int incrementAndGet() {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1) + 1;
    }

 public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
        int var5;
        do {
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

        return var5;
    }

AtomicInteger类中变量valueOffset，用来记录AtomicInteger类中value的内存位置 。
当需要变量的值改变的时候，先通过get（）得到valueOffset位置的值，也即当前value的值.给该值进行增加，并赋给next

巧妙之处！
compareAndSet（）比较之前取到的value的值当前有没有改变，若没有改变说明没有被其它线程修改，就将next的值赋给value，倘若和之前的值相比的话发生变化的话，则重新一次循环，直到存取成功，通过这样的方式能够保证该变量是线程安全的

优点总结:

  • 线程安全，因为AtomicInteger由硬件提供原子操作指令实现的
  • 在非激烈竞争的情况下，开销更小，速度更快。
  • 使用非阻塞算法来实现并发控制的，可以避免多线程的优先级倒置和死锁情况的发生，提升在高并发处理下的性能。

缺点总结

  • AtomicInteger,如果在线程较多的情况下，效率会变的很低，因为没有加锁，其他线程会频繁打断存取的过程，导致较低
  • 使用一定要注意越界问题

AtomicInteger 越界问题

现象：当AtomicInteger增加到了2147483647（Integer.MAX_VALUE）再加一，值会变成负数-2147483648（Integer.MIN_VALUE）。当资源数目不断累积超过最大值变成负数的时候，最后产生的值中会带有一个“-”

测试实例

 private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(Integer.MAX_VALUE);
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("初始值 : " + atomicInteger);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("当前值 : "+ atomicInteger.incrementAndGet());
        }
    }

测试结果
AtomicInteger类和int以及i++的线程安全问题

使用建议

在高并发以及微服务项目中，技术操作建议使用 Redis 计数器。缓存操作速度快，单线程无竞争。

附

  1. AtomicInteger常用接口
    public final int get() //获取当前的值
    public final int getAndSet(int newValue)//获取当前的值，并设置新的值
    public final int getAndIncrement()//获取当前的值，并自增
    public final int getAndDecrement() //获取当前的值，并自减
    public final int getAndAdd(int delta) //获取当前的值，并加上预期的值
    public final int incrementAndGet() //获取自增后的值
    public final int decrementAndGet()//获取自减后的值

2.Java的原始数据类型（primitive datatypes），
如short、int、double、long、boolean这些是非线程安全的；
3.Java自带的线程安全的基本类型包括：
AtomicInteger, AtomicLong, AtomicBoolean, AtomicIntegerArray,AtomicLongArray等

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