i++ 或 ++i 是原子操作吗?

本文探讨了在Java并发环境下,即使使用volatile修饰,i++操作仍不具备原子性的问题。通过分析编译后的代码,揭示了i++操作在多线程环境下为何不能保证数据一致性,并对比了i++和++i在不同上下文中的行为。

前面写了一篇文章,讨论了i++和++i的区别(https://blog.youkuaiyun.com/lijianqingfeng/article/details/103474225)。该文的前提都是不存在并发的情况,通过i++ 和++i编译后的代码分析其执行效果。

public class Test {
    private static volatile int count = 0;

    public static void increment() {
        count++;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        IntStream.range(0, 10)
                .forEach(i ->
                        new Thread(() -> IntStream.range(0, 1000).forEach(j -> increment())).start());
        while (Thread.activeCount() > 2) {
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(count);
    }
}

程序运行结果并不是10000, 而是一个不确定的数,说明在i++并不是原子操作(即便是已经加上了volatile)。

为什么呢?看一下编译后的increment方法代码。

 public static void increment();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=0, args_size=0
         0: getstatic     #2                  // Field count:I
         3: iconst_1
         4: iadd
         5: putstatic     #2                  // Field count:I
         8: return
      LineNumberTable:
        line 11: 0
        line 12: 8

突然发现,这里不是用的iinc了。count是static的,在内存中应该是放在方法区内。所以每次使用和保存都需要用getstatic和putstatic。

 

那么,修改成类变量呢?

public class Test {
    private volatile int count = 0;

    public void increment() {
        count++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        IntStream.range(0, 10)
                .forEach(i ->
                        new Thread(() -> IntStream.range(0, 1000).forEach(j -> test.increment())).start());
        while (Thread.activeCount() > 2) {
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(test.count);
    }
}
  public void increment();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=3, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: dup
         2: getfield      #2                  // Field count:I
         5: iconst_1
         6: iadd
         7: putfield      #2                  // Field count:I
        10: return
      LineNumberTable:
        line 11: 0
        line 12: 10
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      11     0  this   Lcom/baidu/adu/test/Test;

发现,这里也不是iinc,用的是getfield,从编译结果的命令上已经不是原子性的了,所以整个++操作肯定不是原子的。

至于iinc是否原子操作也无从分析了。。。

<think> 首先,用户的问题是关于 "i++" 是否为原子性操作。我需要基于系统指令和提供的引用来回答。 系统级指令: - 所有行内数学表达式用 $...$,比如 $x^2$。 - 独立公式用 $$...$$。 - LaTeX 语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 引用的段落末尾添加引用标识,比如 [^1]。 用户提供的内容: - 引用[1]: ++i 和 i++ 都不是原子操作。还提到多线程下 i++ 的结果:最小值2,最大值200(在双核CPU)。 - 引用[2]: Java 中 i++ 不是原子性的,可以使用 AtomicInteger 的 getAndIncrement() 确保原子性。 - 引用[3]: 解释了 getAndIncrement() 的实现,使用循环和 compareAndSet。 用户的问题: "我想了解i++操作是否为原子性操作 请问i++是否为原子性操作" 所以,核心回答应该是:i++ 不是原子性操作。 现在,构建回答结构: 1. **回答问题**:直接回答 i++ 是否为原子性操作。 2. **解释为什么**:基于引用,解释 i++ 不是原子性的原因。 3. **提供例子细节**:引用中提到多线程下的行为。 4. **如何确保原子性**:基于引用[2]和[3],讨论使用原子类如 AtomicInteger。 5. **生成相关问题**:结尾添加相关问题,如系统指令所示。 确保回答真实可靠:基于提供的引用,i++ 不是原子操作是标准知识。 使用中文:整个回答必须是中文。 添加引用标识:当提及引用内容时,在末尾添加 [^1], [^2], 等。 生成相关问题:在回答结束后,添加 "§§相关问题§§" 部分。 回答结构: - 开头直接回答:i++ 不是原子性操作。 - 解释原因:i++ 涉及读取、增加、写回三个步骤,这些步骤在多线程环境下可能被中断。 - 讨论多线程影响:引用[1]提到最小值2,最大值200的情况。 - 解决方案:提到使用原子操作类,如 Java 中的 AtomicInteger。 - 结尾生成相关问题。 数学表达式:用户的问题是关于编程的,可能不涉及数学表达式,但如果有变量方程,用 $...$。例如,提到计数时可以用 $i$。 在回答中: - 使用 $i$ 表示变量。 - 如果需要独立公式,但我认为这里不需要。 相关问题示例: 1. 为什么 i++ 不是原子操作? 2. 如何在多线程中确保 i++原子性? 3. 什么是竞态条件? 4. 比较其他原子操作类。 现在,草拟回答: - 直接回答:否,i++ 不是原子性操作。 - 解释:i++ 操作通常涉及三个步骤:1) 读取 i 的值;2) 增加值;3) 写回新值。这些步骤不是原子性的,可能被线程中断导致竞态条件。 - 引用[1]: 在多线程环境下,i++ 在两个线程各执行100次时,结果可能从2到200不等 [^1]。 - 解决方法:在 Java 中,可以使用 java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger 类,其 getAndIncrement() 方法使用 CAS (Compare-And-Swap) 操作确保原子性 [^2][^3]。 - 生成相关问题。 确保引用添加正确。 </think> ### i++ 是否为原子性操作? 否,**i++ 操作不是原子性操作**。原子性指的是一个操作要么完全执行,要么完全不执行,不会在执行过程中被中断分割。i++ 操作在底层通常涉及三个独立的步骤:1) 读取变量 $i$ 的当前值;2) 对该值进行加1操作;3) 将新值写回内存。由于这些步骤不是作为一个整体执行,在多线程环境下,其他线程可能在中途修改共享变量 $i$,导致竞态条件(race condition)和数据不一致问题 [^1]。 #### 为什么 i++ 不是原子性操作? - **操作分解**:例如,在 Java C++ 中,i++ 的伪代码可表示为: ``` 1. temp = i; // 读取 i 的值 2. temp = temp + 1; // 增加 3. i = temp; // 写回 ``` 这三个步骤在编译执行时可能被线程调度器中断,尤其是在多核 CPU 上。引用[1] 明确指出,++i 和 i++ 都不是原子操作。 - **多线程影响**:如果多个线程同时执行 i++,结果可能不可预测。例如,在双核 CPU 上,两个线程各执行 100 次 i++,初始值 $i=0$: - 最小值可能为 2(当线程间读取旧值覆盖更改时)。 - 最大值可能为 200(理想情况下)。 引用[1] 提到这种场景下,最小值为 2,最大值为 200 [^1]。 #### 如何确保原子性? 为确保 i++ 操作原子性,可以使用线程安全的机制: - **原子类(Atomic Classes)**:在 Java 中,java.util.concurrent.atomic 包提供了原子类,如 AtomicInteger。其 getAndIncrement() 方法实现了原子递增。查看引用[3] 的实现:该方法通过循环和 CAS(Compare-And-Swap)操作确保原子更新: ```java public final int getAndIncrement() { for (;;) { int current = get(); // 读取当前值 int next = current + 1; // 计算新值 if (compareAndSet(current, next)) // CAS 原子更新 return current; } } ``` 这避免了竞态条件,保证了线程安全 [^2][^3]。 - **其他方法**:在非 Java 语言中,可使用锁机制(如 synchronized)硬件级别的原子指令(如 x86 的 LOCK 前缀)。 在实际编程中,直接使用 i++ 在多线程环境中是不安全的,强烈推荐使用原子同步机制来避免错误。
评论 3
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值