Java并發(fā)編程(二)：如何保證共享變量的原子性？-創(chuàng)新互聯(lián)

線程安全性是我們?cè)谶M(jìn)行 Java 并發(fā)編程的時(shí)候必須要先考慮清楚的一個(gè)問(wèn)題。這個(gè)類(lèi)在單線程環(huán)境下是沒(méi)有問(wèn)題的，那么我們就能確保它在多線程并發(fā)的情況下表現(xiàn)出正確的行為嗎？

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我這個(gè)人，在沒(méi)有副業(yè)之前，一心撲在工作上面，所以處理的蠻得心應(yīng)手，心態(tài)也一直保持的不錯(cuò)；但有了副業(yè)之后，心態(tài)就變得像坐過(guò)山車(chē)一樣。副業(yè)收入超過(guò)主業(yè)的時(shí)候，人特別亢奮，像打了雞血一樣；副業(yè)遲遲打不開(kāi)局面的時(shí)候，人就變得惶惶不可終日。

仿佛我就只能是個(gè)單線程，副業(yè)和主業(yè)并行開(kāi)啟多線程模式的時(shí)候，我就變得特別沒(méi)有安全感，盡管整體的收入比沒(méi)有副業(yè)之前有了很大的改善。

怎么讓我自己變得有安全感，我還沒(méi)想清楚（你要是有好的方法，請(qǐng)一定要告訴我）。但怎么讓一個(gè)類(lèi)在多線程的環(huán)境下是安全的，有 3 條法則，讓我來(lái)告訴你：

1、不在線程之間共享狀態(tài)變量。
2、將狀態(tài)變量改為不可變。
3、訪問(wèn)狀態(tài)變量時(shí)使用同步。

那你可能要問(wèn)，狀態(tài)變量是什么？

我們先來(lái)看一個(gè)沒(méi)有狀態(tài)變量的類(lèi)吧，代碼示例如下。

class Chenmo {
    public void write() {
        System.out.println("我尋了半生的春天，你一笑便是了。");
    }
}

Chenmo 這個(gè)類(lèi)就是無(wú)狀態(tài)變量的，它只有一個(gè)方法，既沒(méi)有成員變量，也沒(méi)有類(lèi)變量。任何訪問(wèn)它的線程都不會(huì)影響另外一個(gè)線程的結(jié)果，因?yàn)閮蓚€(gè)線程之間沒(méi)有共享任何的狀態(tài)變量。所以可以下這樣一個(gè)結(jié)論：無(wú)狀態(tài)變量的類(lèi)一定是線程安全的。

然后我們?cè)賮?lái)看一個(gè)有狀態(tài)變量的類(lèi)。假設(shè)沉默（Chenmo 類(lèi)）每寫(xiě)一行字（write() 方法），就要做一次統(tǒng)計(jì)，這樣好找出版社索要稿費(fèi)。我們?yōu)?Chenmo 類(lèi)增加一個(gè)統(tǒng)計(jì)的字段，代碼示例如下。

class Chenmo {
    private long count = 0;
    public void write() {
        System.out.println("我尋了半生的春天，你一笑便是了。");
        count++;
    }
}

Chenmo 類(lèi)在單線程環(huán)境下是可以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出行數(shù)的，但多線程的環(huán)境下就不行了。因?yàn)檫f增運(yùn)算 count++ 可以拆分為三個(gè)操作：讀取 count，將 count 加 1，將計(jì)算結(jié)果賦值給 count。多線程的時(shí)候，這三個(gè)操作發(fā)生的時(shí)序可能是混亂的，最終統(tǒng)計(jì)出來(lái)的 count 值就會(huì)比預(yù)期的值小。

PS：具體的原因可以回顧上一節(jié)《Java 并發(fā)編程(一)：摩拳擦掌》。

寫(xiě)作不易，咱不能虧待了沉默，對(duì)不對(duì)？那就想點(diǎn)辦法吧。

假定線程 A 正在修改 count 變量，這時(shí)候就要防止線程 B 或者線程 C 使用這個(gè)變量，從而保證線程 B 或者線程 C 在使用 count 的時(shí)候是線程 A 修改過(guò)后的狀態(tài)。

怎么防止呢？可以在 write() 方法上加一個(gè) synchronized 關(guān)鍵字。代碼示例如下。

class Chenmo {
    private long count = 0;
    public synchronized void write() {
        System.out.println("我尋了半生的春天，你一笑便是了。");
        count++;
    }
}

關(guān)鍵字 synchronized 是一種最簡(jiǎn)單的同步機(jī)制，可以確保同一時(shí)刻只有一個(gè)線程可以執(zhí)行 write()，也就保證了 count++ 在多線程環(huán)境下是安全的。

在編寫(xiě)并發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，我們必須要保持一種正確的觀念，那就是——首先要確保代碼能夠正確運(yùn)行，然后再是如何提高代碼的性能。

但眾所周知，synchronized 的代價(jià)是昂貴的，多個(gè)線程之間訪問(wèn) write() 方法是互斥的，線程 B 訪問(wèn)的時(shí)候必須要等待線程 A 訪問(wèn)結(jié)束，這無(wú)法體現(xiàn)出多線程的核心價(jià)值。

java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger 是一個(gè)提供原子操作的 Integer 類(lèi)，它提供的加減操作是線程安全的。于是我們可以這樣修改 Chenmo 類(lèi)，代碼示例如下。

class Chenmo {
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
    public void write() {
        System.out.println("我尋了半生的春天，你一笑便是了。");
        count.incrementAndGet();
    }
}

write() 方法不再需要 synchronized 關(guān)鍵字保持同步，于是多線程之間就不再需要以互斥的方式來(lái)調(diào)用該方法，可以在一定程度上提升統(tǒng)計(jì)的效率。

某一天，出版社統(tǒng)計(jì)稿費(fèi)的形式變了，不僅要統(tǒng)計(jì)行數(shù)，還要統(tǒng)計(jì)字?jǐn)?shù)，于是 Chenmo 類(lèi)就需要再增加一個(gè)成員變量了。代碼示例如下。

class Chenmo {
    private AtomicInteger lineCount = new AtomicInteger(0);
    private AtomicInteger wordCount = new AtomicInteger(0);
    public void write() {
        String words = "我這一輩子，走過(guò)許多地方的路，行過(guò)許多地方的橋，看過(guò)許多次的云，喝過(guò)許多種類(lèi)的酒，卻只愛(ài)過(guò)一個(gè)正當(dāng)年齡的人。";
        System.out.println(words);
        lineCount.incrementAndGet();
       wordCount.addAndGet(words.length());
    }
}

你覺(jué)得這段代碼是線程安全的嗎？

結(jié)果顯而易見(jiàn)，這段代碼不是線程安全的。因?yàn)?lineCount 和 wordCount 是兩個(gè)變量，盡管它們各自是線程安全的，但線程 A 進(jìn)行 lineCount 加 1 的時(shí)候，并不能夠保證線程 B 是在線程 A 執(zhí)行完 wordCount 統(tǒng)計(jì)后開(kāi)始 lineCount 加 1 的。

Java 并發(fā)編程(二)：如何保證共享變量的原子性？

該怎么辦呢？方法也很簡(jiǎn)單，代碼示例如下。

class Chenmo {
    private int lineCount = 0;
    private int wordCount = 0;
    public void write() {
        String words = "我這一輩子，走過(guò)許多地方的路，行過(guò)許多地方的橋，看過(guò)許多次的云，喝過(guò)許多種類(lèi)的酒，卻只愛(ài)過(guò)一個(gè)正當(dāng)年齡的人。";
        System.out.println(words);

        synchronized (this) {
            lineCount++;
           wordCount++;
        }
    }
}

對(duì)行數(shù)統(tǒng)計(jì)（lineCount++）和字?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)（wordCount++）的代碼進(jìn)行加鎖，保證這兩行代碼是原子性的。也就是說(shuō)，線程 B 在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的時(shí)候，必須要等待線程 A 統(tǒng)計(jì)完之后再開(kāi)始。

synchronized (lock) {...} 是 Java 提供的一種簡(jiǎn)單的內(nèi)置鎖機(jī)制，用于保證代碼塊的原子性。線程在進(jìn)入加鎖的代碼塊之前自動(dòng)獲取鎖，并且退出代碼塊的時(shí)候釋放鎖，可以保證一組語(yǔ)句作為一個(gè)不可分割的單元被執(zhí)行。

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標(biāo)題名稱(chēng)：Java并發(fā)編程(二)：如何保證共享變量的原子性？-創(chuàng)新互聯(lián)
新聞來(lái)源：http://bm7419.com/article40/dpcoeo.html

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