宅哥聊构架 后端
2024-11-04
用100个线程，每个线程支持 10000 次 i++。java
代码解读复制代码/**
* 用户 100个虚拟线程
* 给 i 做一万次 i++
*/
@Test
public void demo() throws Exception {
i = 0;
// 用来等待所有线程执行完毕
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(100);
for (int j = 0; j < 100; j++) {
// 启动虚拟线程 性能比线程好
Thread.startVirtualThread(() -> {
for (int k = 0; k < 10000; k++) {
i++;
}
countDownLatch.countDown();
});
}
// 等待所有线程执行完毕
countDownLatch.await();
// 如果线程安全 则会输出 1000000，实际上会小于 1000000
log.info("结果是：{}", i);
Assertions.assertTrue(i < 1000000);
}
输出结果：text
代码解读复制代码 结果是：78382
最终看到 只是输出了 78382 ，小于我们期望的 1000000，可见 i++ 是线程不安全的。
那怎么才能线程安全呢？
很多同学也想到了用 synchronized 加锁实现线程安全，对的加完锁，我们就实现了线程安全。java
代码解读复制代码/**
* 用户 100个虚拟线程
* 给 i 做一万次 i++
* 加上synchronized 锁
*/
@Test
public void threadSafeSynchronized() throws Exception {
i = 0;
// 用来等待所有线程执行完毕
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(100);
for (int j = 0; j < 100; j++) {
// 启动虚拟线程 性能比线程好
Thread.startVirtualThread(() -> {
for (int k = 0; k < 10000; k++) {
synchronized (IppTest.class) {
i++;
}
}
countDownLatch.countDown();
});
}
// 等待所有线程执行完毕
countDownLatch.await();
// 加了锁以后可以正常的输出 1000000
log.info("结果是：{}", i);
Assertions.assertEquals(1000000, i);
}
输出结果：text
代码解读复制代码结果是：1000000
synchronized 实际上对每一个操作都加了锁，所以性能不太好，其他还有什么更好的办法呢？
jdk 自带的一个类 AtomicInteger 专门为我们这种情况提供的，上源码：java
代码解读复制代码 /**
* 用户 100个虚拟线程
* 给 atomicInteger 做一万次 累加
*/
@Test
public void threadSafeAtomicInteger() throws Exception {
atomicInteger = new AtomicInteger(0);
// 用来等待所有线程执行完毕
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(100);
for (int j = 0; j < 100; j++) {
// 启动虚拟线程 性能比线程好
Thread.startVirtualThread(() -> {
for (int k = 0; k < 10000; k++) {
atomicInteger.incrementAndGet();
}
countDownLatch.countDown();
});
}
// 等待所有线程执行完毕
countDownLatch.await();
// 加了锁以后可以正常的输出 1000000
log.info("结果是：{}", atomicInteger.get());
Assertions.assertEquals(1000000, atomicInteger.get());
}
输出结果：text
代码解读复制代码结果是：1000000
首先给我们的编辑器IntelliJ IDEA 安装一个插件 ASM Bytecode Viewer 专门用来看直接码的。
然后我们写一个简单的代码：java
代码解读复制代码 public static void main(String[] args) {
int i = 0;
System.out.println("--1--");
// IINC 1 1 将指定int型变量增加指定值 线程不安全
i++;
System.out.println("--2--");
//ILOAD 1 将指定的int型本地变量推送至栈顶
//ICONST_1 将int型1推送至栈顶
//IADD 将栈顶两int型数值相加并将结果压入栈顶
//ISTORE 1 将栈顶int型数值存入指定本地变量
i = i + 1;
System.out.println("--3--");
}
右键 ASM Bytecode Viewer 我们可以看到对对应的字节码了：
红色框框的部门就是我们对应的字节码。
可见 i++ 是 IINC 1 1 操作，是直接对内存中的值进行操作，不是线程安全的。
i = i + 1 和 i++ 还不一样，分了4步，所以也是线程不安全的。
我们直接上源码：java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger.getAndIncrement 返回值，然后自增java
代码解读复制代码
/**
* Atomically increments the current value,
* with memory effects as specified by {@link VarHandle#getAndAdd}.
*
* <p>Equivalent to {@code getAndAdd(1)}.
*
* @return the previous value
*/
// 返回值 然后自增
public final int getAndIncrement() {
// 调用 Unsafe 方法 的 getAndAddInt
return U.getAndAddInt(this, VALUE, 1);
}
java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger.getAndIncrement 返回值，然后自增
这里注意 VALUE 他实际上记录的是 value 这个成员变量，在 当前对象中的内存偏移地址。这个是固定的。java
代码解读复制代码
// 内存偏移地址
// objectFieldOffset 返回指定的变量在所属类中的内存偏移地址，该偏移地址仅仅在该Unsafe函数中访问指定字段时使用。
private static final long VALUE
= U.objectFieldOffset(AtomicInteger.class, "value");
// 用 volatile 修饰的一个值
// 核心为了保障可见性 ,可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。
private volatile int value;
/**
* Atomically increments the current value,
* with memory effects as specified by {@link VarHandle#getAndAdd}.
*
* <p>Equivalent to {@code getAndAdd(1)}.
*
* @return the previous value
*/
// 返回值 然后自增
public final int getAndIncrement() {
// 调用 Unsafe 方法 的 getAndAddInt
return U.getAndAddInt(this, VALUE, 1);
}
jdk.internal.misc.Unsafe.getAndAddInt 给一个值加上一个值，返回原来的值java
代码解读复制代码 /**
* Atomically adds the given value to the current value of a field
* or array element within the given object {@code o}
* at the given {@code offset}.
*
* @param o object/array to update the field/element in
* @param offset field/element offset
* @param delta the value to add
* @return the previous value
* @since 1.8
*/
@IntrinsicCandidate
// 给一个值加上一个值，返回原来的值
// o 对象
// offset 指定值在对象中的偏移量
// delta 加上多少值
// 返回加上以后的值
public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
int v;
do {
// 不断的根据 对象+内存偏移量 来获取最新的值
v = getIntVolatile(o, offset);
// 不断的尝试修改 对象 o 偏移 offset 存储在内存的值 为 v + delta ，直到修改成功
} while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta));
return v;
}
jdk.internal.misc.Unsafe.weakCompareAndSetInt 也就是我们经常说的 cas 操作，实际上是不断的尝试修改值。java
代码解读复制代码
@IntrinsicCandidate
public final boolean weakCompareAndSetInt(Object o, long offset,
int expected,
int x) {
// o 对象
// offset 指定值在对象中的偏移量
// expected 期望的原始值
// x 期望的新值
// 判断对象 o 偏移 offset 存储在内存的值是否是 expected， 如果是则将 x 放入到内存 返回true
// 如果内存的值是不是 expected ，则不放到内存 ，然后返回false
return compareAndSetInt(o, offset, expected, x);
}
可以看到 AtomicInteger 核心是利用了 cas 不断的尝试修改值，并没有加任何锁，所以性能好，也确保了线程安全。
今天带大家深入了解 i++ 的原理，大家可以回去复习下，自己实战过的知识才是自己的。
