【Java并发处理代码规范】之使用volatile解决多线程内存可见性问题

本文介绍了Java中volatile关键字如何解决内存可见性问题，以及AtomicInteger和LongAdder在多线程环境下的应用，重点讲解了LongAdder的分段锁原理及其在高并发场景下的性能优势。

Java代码规范之使用volatile解决多线程内存可见性问题

该条规范是什么

该规范指出在Java编程中，使用volatile关键字可以解决多线程内存不可见性问题。对于一写多读的情况，volatile可以保证变量的同步性。但是对于多写的情况，volatile无法解决线程安全问题。

为什么这么规定

以下是该规范的原因：

内存可见性问题：在多线程环境下，如果没有合适的同步机制，一个线程对共享变量的修改可能对其他线程是不可见的，即内存可见性问题。通过使用volatile关键字可以确保变量在不同线程间的可见性。
原子性问题：对于一些复合操作（如count++），单纯使用volatile关键字并不能保证线程安全。此时可以使用AtomicInteger类来保证原子性操作，或者在JDK8及以上版本中推荐使用LongAdder对象，它比AtomicLong在性能上更好（减少乐观锁的重试次数）。

多种主要用法及其代码示例

使用volatile关键字保证变量可见性

public class Example {
    private volatile int count;

    public void increment() {
        count++;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

使用AtomicInteger实现线程安全的自增操作

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Example {
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger();

    public void increment() {
        count.addAndGet(1);
    }

    public int getCount() {
        return count.get();
    }
}

使用LongAdder实现线程安全的自增操作（适用于JDK8及以上版本）

import java.util.concurrent.atomic.LongAdder;

public class Example {
    private LongAdder count = new LongAdder();

    public void increment() {
        count.increment();
    }

    public long getCount() {
        return count.longValue();
    }
}

LongAdder 原理示例

LongAdder 是 Java 中 java.util.concurrent.atomic 包下的一个原子类，它用于高效地实现多线程环境下的长整型累加操作。相比于传统的原子类如 AtomicLong，LongAdder 在高并发场景下具有更好的性能。

原理

LongAdder 的原理是采用分段锁（Striped Locking）的方式，将计数器分成多个小计数器，每个线程对应一个小计数器。在进行累加操作时，不同线程会独立地更新各自的小计数器，最后再将所有小计数器的值求和，从而得到最终的累加结果。

这种方式可以减少并发竞争，降低了线程之间的争用，提升了并发性能。

示例

以下是一个使用 LongAdder 的示例代码：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.LongAdder;

public class Example {
    private static final int NUM_THREADS = 10;
    private static final int NUM_INCREMENTS = 100000;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        LongAdder counter = new LongAdder();
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(NUM_THREADS);

        for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
            executorService.execute(() -> {
                for (int j = 0; j < NUM_INCREMENTS; j++) {
                    counter.increment();
                }
            });
        }

        executorService.shutdown();
        executorService.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES);

        System.out.println("Counter: " + counter.sum());
    }
}